本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種混合型mmc不對稱雙子模塊和半橋子模塊的配置方法。

背景技術(shù)：

由于缺少高壓直流斷路器技術(shù)，直流側(cè)短路故障是柔性高壓直流輸電所面對的一個(gè)重要問題，嚴(yán)重影響柔性高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展。采用模塊化多電平換流器(modularmulti-leverconverter,mmc)技術(shù)的柔性高壓直流輸電系統(tǒng)，在直流側(cè)短路故障的情況下，半橋型mmc的子模塊具有續(xù)流能力，閉鎖開關(guān)管后，續(xù)流二極管為交流系統(tǒng)向直流故障點(diǎn)饋入故障電流提供了通路，交流系統(tǒng)側(cè)發(fā)生三相虛短。目前處理直流側(cè)故障的方法有三種：(1)利用交流側(cè)斷路器切斷故障點(diǎn)與交流系統(tǒng)的連接；(2)利用直流側(cè)斷路器切除故障線路；(3)利用換流器自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直流側(cè)故障的自清除。

雖然半橋型mmc在功率器件數(shù)量及系統(tǒng)損耗等方面有較大的優(yōu)勢，但該結(jié)構(gòu)不具備直流故障自清除能力。在系統(tǒng)直流側(cè)發(fā)生短路故障的情況下，交流電網(wǎng)、續(xù)流二極管以及故障點(diǎn)構(gòu)成故障電流回路，電網(wǎng)被虛短，后果嚴(yán)重，必須借助交流側(cè)斷路器切斷交流系統(tǒng)和故障點(diǎn)的連接。

當(dāng)前建成的柔性高壓直流輸電工程都是采用斷開交流側(cè)斷路器的方法來切斷直流側(cè)故障線路。雖然斷開交流側(cè)斷路器可以清除故障電流，但由于交流側(cè)斷路器是機(jī)械開關(guān)，響應(yīng)速度慢，所以采用這種方法無法做到快速切除。另外在交流斷路器斷開的過程中，續(xù)流二極管也承受了巨大的故障電流，可能因此而損壞。

斷開直流斷路器可以快速清除和隔離故障。目前高壓直流斷路器的形式也有很多種，比如常規(guī)機(jī)械式、固態(tài)式以及這兩種的混合型。但是，目前高壓直流斷路器價(jià)格昂貴，技術(shù)還不成熟。

因此，具備直流短路故障自清除能力的mmc是一種新的研究方向，具有直流故障自阻斷能力的不對稱雙子模塊結(jié)構(gòu)以其經(jīng)濟(jì)性較好受到青睞。由于不對稱雙子模塊所用器件較多、成本較高，如何對不對稱雙子模塊與半橋子模塊進(jìn)行優(yōu)化配置，使得混合型mmc既能阻斷直流側(cè)故障，又能具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種混合型mmc不對稱雙子模塊和半橋子模塊的配置方法，設(shè)計(jì)了不對稱雙子模塊和半橋型模塊結(jié)合的混合型mmc結(jié)構(gòu)，提出了不對稱雙子模塊和半橋型模塊的具體配置方法，且適合不對稱雙子模塊配置是否保留一定裕量的情況。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種混合型mmc不對稱雙子模塊和半橋子模塊的配置方法，所述的mmc為三相結(jié)構(gòu)，每相由上下橋臂構(gòu)成，每相上、下橋臂各由n個(gè)對稱子模塊與n個(gè)不對稱雙子模塊串接組成，每個(gè)對稱子模塊由兩個(gè)全控開關(guān)器件及反并聯(lián)二極管與一個(gè)直流電容構(gòu)成半橋，每個(gè)不對稱雙子模塊由四個(gè)全控開關(guān)器件及反并聯(lián)二極管與兩個(gè)直流電容構(gòu)成；不對稱雙子模塊的全控開關(guān)器件t1與t2串聯(lián)且形成子模塊直流正負(fù)極，全控開關(guān)器件t3與t4串聯(lián)，電容c1、c2串聯(lián)，t1、t2、t3、t4各自反并聯(lián)二極管，電容c1與c2串接后和t1與t2串聯(lián)形成不對稱雙子模塊直流正負(fù)極相并聯(lián)，電容c1、c2連接點(diǎn)與t3的另一連接點(diǎn)相連，不對稱雙子模塊直流負(fù)極與t4的另一連接點(diǎn)相連，t1與t2的連接點(diǎn)和t3與t4的連接點(diǎn)作為不對稱雙子模塊的端口串接在每相橋臂電路；其特點(diǎn)在于：所述的一種混合型mmc不對稱雙子模塊和半橋子模塊的配置方法包括如下步驟：

1)設(shè)每一個(gè)橋臂不對稱雙子模塊的個(gè)數(shù)為ni，半橋子模塊的個(gè)數(shù)為nh，每個(gè)橋臂總的子模塊個(gè)數(shù)為n，直流母線電壓vdc、電容電壓uc；交流相電壓的幅值um；則在保證故障電路反電動(dòng)勢足夠大的情況下，計(jì)算出ni，nh分別滿足下式：

2)假設(shè)直流側(cè)電壓等級相同，子模塊全部是半橋型結(jié)構(gòu)時(shí)，每橋臂的子模塊個(gè)數(shù)為：n0＝vdc/uc；全部是不對稱雙子模塊時(shí)，子模塊個(gè)數(shù)為n0/2；在混合型mmc系統(tǒng)中，不對稱子模塊個(gè)數(shù)設(shè)為ni，半橋型子模塊個(gè)數(shù)設(shè)為nh，ni和nh的分配滿足式(1)，且2ni+nh＝n0；

3)若對不對稱雙子模塊保留一定的裕量，可按下式設(shè)置ni，nh：

其中：<x>表示大于參數(shù)x的最小整數(shù)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)如下：

1.對直流故障進(jìn)行了自阻斷；

2.解決了混合型mmc經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化的問題；

3.同時(shí)適合不對稱雙子模塊配置是否保留一定裕量的情況。

附圖說明

圖1是本發(fā)明混合型mmc不對稱雙子模塊和半橋子模塊的拓?fù)涫疽鈭D。

圖2是本發(fā)明的不對稱雙子模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明一種混合型mmc不對稱雙子模塊和半橋子模塊的拓?fù)涫疽鈭D，每橋臂由不對稱雙子模塊和半橋子模構(gòu)成。圖2為不對稱雙子模塊示意圖，由4個(gè)開關(guān)管與2個(gè)電容組成，比半橋子模塊數(shù)量多，半橋子模塊則由2個(gè)開關(guān)管與1個(gè)電容組成，因此，為了降低混合型mmc的成本，需要對不對稱雙子模塊和半橋子模塊的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化配置。

本發(fā)明混合型mmc不對稱雙子模塊和半橋子模塊的配置方法，構(gòu)成包括三相結(jié)構(gòu)相同的多電平換流器，每相都由上橋臂和下橋臂構(gòu)成，所述的上橋臂和下橋臂各由i個(gè)半橋子模塊hsm1～hsmi與n-i個(gè)不對稱雙子模塊smi+1～smn串接組成，所述的上橋臂的第1個(gè)子模塊hsm1的自由端與多電平換流器的直流母線的正極相連，所述的下橋臂的第n個(gè)子模塊smn的自由端與多電平換流器的直流母線的負(fù)極相連，所述的上橋臂的第n個(gè)雙子模塊smn的自由端與下橋臂的第1個(gè)子模塊hsm1的自由端與交流線相連；

每個(gè)半橋子模塊hsm由兩個(gè)全控開關(guān)器件及反并聯(lián)二極管和一個(gè)直流電容構(gòu)成：兩個(gè)全控開關(guān)器件串聯(lián)且形成子模塊的直流正負(fù)極，兩個(gè)二極管分別與所述的兩個(gè)全控開關(guān)器件反并聯(lián)，所述的直流電容與所述的兩個(gè)串聯(lián)的全控開關(guān)器件并聯(lián)，所述的兩個(gè)全控開關(guān)器件的連接點(diǎn)和第二全控開關(guān)器件的負(fù)極作端口串接在每相橋臂的電路中；

每個(gè)不對稱雙子模塊sm構(gòu)成是：

第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3與第四二極管d4分別與反并聯(lián)第一全控開關(guān)器件t1、第二全控開關(guān)器件t2、第三全控開關(guān)器件t3和第四全控開關(guān)器件t4，所述的第一全控開關(guān)器件t1和第二全控開關(guān)器件t2串聯(lián)且形成不對稱雙子模塊的直流正負(fù)極，第一電容c1和第二電容c2串聯(lián)后與所述的串聯(lián)的第一全控開關(guān)器件t1、第二全控開關(guān)器件t2并聯(lián)，所述的第三全控開關(guān)器件t3與第四全控開關(guān)器件t4串聯(lián)，所述的第三全控開關(guān)器件t3的另一端與第一電容c1和第二電容c2的連接點(diǎn)相連，所述的第四全控開關(guān)器件t4的另一端與所述的不對稱雙子模塊的直流負(fù)極相連，第一全控開關(guān)器件t1與第二全控開關(guān)器件t2的連接點(diǎn)和第三全控開關(guān)器件t3與第四全控開關(guān)器件t4的連接點(diǎn)作為不對稱雙子模塊的端口串接在每相橋臂的電路中；其中，n為大于2的整數(shù)，i<n的整數(shù)；該方法包括如下步驟：

1)設(shè)每一個(gè)橋臂不對稱雙子模塊的個(gè)數(shù)為ni，半橋子模塊的個(gè)數(shù)為nh，每個(gè)橋臂總的子模塊個(gè)數(shù)為n，直流母線電壓vdc、電容電壓uc、交流相電壓的幅值um；則在保證故障電路反電動(dòng)勢足夠大的情況下，按下式計(jì)算出ni，nh：

2)假設(shè)直流側(cè)電壓等級相同，子模塊全部是半橋型結(jié)構(gòu)時(shí)，每橋臂的子模塊個(gè)數(shù)為：n0＝vdc/uc；全部是不對稱雙子模塊時(shí)，子模塊個(gè)數(shù)為n0/2；在混合型mmc系統(tǒng)中，不對稱子模塊個(gè)數(shù)設(shè)為ni，半橋型子模塊個(gè)數(shù)設(shè)為nh，ni和nh的分配滿足式(1)，且2ni+nh＝n0；

3)若對不對稱雙子模塊保留一定的裕量，可按下式設(shè)置ni，nh：

其中：<x>表示大于參數(shù)x的最小整數(shù)。