一种基于H桥的MMC子模块拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于H桥的MMC子模块拓扑结构，目的在于：继承H桥的直流故障保护能力，同时降低直流电容的容值，减小模块体积，提高功率密度，所采用的技术方案为：包括四个依次连接的IGBT管，四个IGBT管上均反并联有二极管，所述四个IGBT管和二极管构成H桥，H桥的母线连接有直流电容(Cdc)，H桥包括两个半桥结构，两个半桥结构的中点为MMC子模块的输出，所述两个半桥结构中的任意一个半桥结构连接有LC网络，LC网络的回路连接至H桥的高电平或者低电平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及柔性输配电
，具体涉及一种基于Η桥的MMC子模块拓扑结构。
技术介绍
与传统电压源换流器相比，模块化多电平换流器（ModularMultilever Converter，MMC)具有扩展性好、谐波小、开关频率低、对器件一致触发要求少等优点，尤其 适用于直流输电应用场合。 为降低损耗，器件数量以及控制复杂度，早期的MMC采用半桥子模块级联形式，但 是基于半桥子模块的MMC无法有效闭锁直流故障，因而在实际工程应用中受限；传统MMC拓 扑的另一个问题在于，每个桥臂输出功率存在巨大的波动，同时为了稳定输出电压，需要容 值巨大的电容器以吸收功率波动，该电容器限制了MMC的功率密度，同时影响了系统的成 本以及结构设计。具备直流故障闭锁能力以及更小的子模块电容已经成为MMC未来发展的 方向。 基于Η桥子模块的MMC系统，当直流故障发生之后，短路电流流过MMC桥臂，桥臂 上会产生巨大的电压，这样短路电流将迅速降低，从而具有直流短路保护的功能；Η桥的另 外一大优势就是其更丰富的开关状态，可以保证子模块的四象限运行以及相同输出的不同 开关状态组合。但是现有的基于Η桥子模块的MMC系统，并未针对电容值巨大提出相应的 降低电容电压波动的策略，同时开关状态利用率低，这大大限制了基于Η桥的MMC子模块的 工程应用。因此，亟需一种基于Η桥的，具有直流短路处理能力，同时能够吸收模块功率波 动的新型MMC子模块拓扑来解决上述问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种继承了Η桥的直流故障保护能力， 同时能够降低直流电容的容值，减小模块体积，提高功率密度的一种基于Η桥的MMC子模块 拓扑结构。 为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案为：包括四个依次连接的IGBT管， 四个IGBT管上均反并联有二极管，所述四个IGBT管构成Η桥，Η桥的母线连接有直流电容 (Cdc)，Η桥包括两个半桥结构，两个半桥结构的中点为MMC子模块的输出，所述两个半桥结 构中的任意一个半桥结构连接有LC网络，LC网络的回路连接至Η桥的高电平或者低电平。 所述四个IGBT管包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管，第 一IGBT管）的发射级与第二IGBT管的集电极相连，第三IGBT管的发射极和第四IGBT管 的集电极相连，所述第一IGBT管的集电极与第三IGBT管的集电极之间，第二IGBT管的发 射极与第四IGBT管的发射极之间均通过Η桥母线相连，所述第一IGBT管和第二IGBT管构 成第一半桥结构，所述第三IGBT管和第四IGBT管构成第二半桥结构。 所述直流电容设置在两根Η桥母线之间，并与第一IGBT管的集电极和第三IGBT管的集电极，以及第二IGBT管的发射极和第四IGBT管的发射极相连。 所述第一IGBT管上反并联有第一二极管，第一二极管的负极与第一IGBT管的集 电极相连，第一二极管的正极与第一IGBT的发射极相连；所述第二IGBT管上反并联有第 二二极管，第二二极管的正极与第二IGBT管的发射级相连，第二二极管的负极与第二IGBT 管的集电极相连；所述第三IGBT管上反并联有第三二极管，第三二极管的正极与第三IGBT 管的发射级相连，第三二极管的负极与第三IGBT管的集电极相连；所述第四IGBT管上反并 联有第四二极管，第四二极管的正极与第四IGBT管的发射级相连，第四二极管的负极与第 四IGBT管的集电极相连。 所述LC网络的L端连接至第一IGBT管的发射极和第二IGBT管的集电极之间，LC 网络的C端连接至直流电容的正极或负极。 所述LC网络的L端连接至第三IGBT管的发射极和第四IGBT管的集电极之间，LC 网络的C端连接至直流电容的正极或负极。 所述LC网络包括依次连接的电感和电容。 与现有技术相比，本专利技术通过四个IGBT管，以及四个IGBT管上分别反并联的二极 管构成Η桥，Η桥的母线连接直流电容，将两个半桥的中点引出，作为MMC子模块的输出，该 模块具备柔性直流输电直流短路保护的功能，同时将任一半桥的中点接出，连接一个LC网 络，LC网络的回路连接至Η桥的高电平或者低电平，LC网络的作用在于吸收直流电容上的 功率波动，本专利技术旨在保证MMC系统拥有直流短路保护的能力，同时通过调制的方式降低 子模块电容，利用Η桥丰富的开关状态以及额外的LC回路，在不增加额外IGBT的情况下， 继承了Η桥具有直流故障保护的能力，同时能够降低直流电容的容值，减小了模块体积，提 高了功率密度。 进一步，本专利技术将LC网络植入Η桥拓扑中，LC网络由电感和电容组成，电感端连 接在第一IGBT管的发射极与第二IGBT管的集电极之间，或者连接在第三IGBT管的发射极 与第四IGBT管的集电极之间，电容端连接直流电容的正极或者负极，该LC网络能够通过控 制吸收功率波动，从而降低直流电容上的电压波动，通过该拓扑结构，系统的整体电容量将 得到降低，从而减小了子模块体积，提高了功率密度。【附图说明】 图la、lb、lc和Id分别为本专利技术LC网络的四种接线结构示意图； 图2为本专利技术在MMC型柔性直流输电系统中的应用示意图； 图3a为本专利技术在状态a下的状态示意图，图3b为本专利技术在状态b下的状态示意 图，图3c为本专利技术在状态c下的状态示意图； 图4为本专利技术调制信号图； 图5a为现有技术的直流电容电压波动示意图，图5b为本专利技术的直流电容电压波 动示意图。【具体实施方式】 下面结合具体的实施例和说明书附图对本专利技术作进一步的解释说明。 参见图la~图ld，本专利技术包括四个依次连接的IGBT管，四个IGBT管包括第一 IGBT管VT1、第二IGBT管VT2、第三IGBT管VT3和第四IGBT管VT4,第一IGBT管VT1的发 射级与第二IGBT管VT2的集电极相连，第三IGBT管VT3的发射极和第四IGBT管VT4的集 电极相连，第一IGBT管VT1的集电极与第三IGBT管VT3的集电极之间，第二IGBT管VT2 的发射极与第四IGBT管VT4的发射极之间均通过Η桥母线相连，第一IGBT管VT1和第二 IGBT管VT2构成第一半桥结构，第三IGBT管VT3和第四IGBT管VT4构成第二半桥结构。 第一IGBT管VT1上反并联有第一二极管VD1，第一二极管VD1的负极与第一IGBT 管VT1的集电极相连，第一二极管VD1的正极与第一IGBTVT1的发射极相连；第二IGBT管 VT2上反并联有第二二极管VD2,第二二极管VD2的正极与第二IGBT管VT2的发射级相连， 第二二极管VD2的负极与第二IGBT管VT2的集电极相连；第三IGBT管VT3上反并联有第 三二极管VD3,第三二极管VD3的正极与第三IGBT管VT3的发射级相连，第三二极管VD3 的负极与第三IGBT管VT3的集电极相连；第四IGBT管VT4上反并联有第四二极管VD4,第 四二极管VD4的正极与第四IGBT管VT4的发射级相连，第四二极管VD4的负极与第四IGBT 管VT4的集电极相连。 四个IGBT管和四个二极管构成Η桥，Η桥的母线连接有直流电容Cdc，直流电容 Cdc设置在两根Η桥母线之间，并与第一IGBT管VT1的集电极和第三IGBT管VT3的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于H桥的MMC子模块拓扑结构，其特征在于，包括四个依次连接的IGBT管，四个IGBT管上均反并联有二极管，所述四个IGBT管构成H桥，H桥的母线连接有直流电容(Cdc)，H桥包括两个半桥结构，两个半桥结构的中点为MMC子模块的输出，所述两个半桥结构中的任意一个半桥结构连接有LC网络，LC网络的回路连接至H桥的高电平或者低电平。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝翔，刘韬，刘伟增，陈名，黎小林，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安柔性输配电有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65