本成果提出了一種含SiC器件的模塊化多電平換流器及其優(yōu)化控制系統(tǒng)。針對(duì)前述痛點(diǎn)問題，本成果對(duì)應(yīng)給出了以下解決方案：

1. 針對(duì)SiC MMC子模塊器件結(jié)溫分布不均的問題，提出了一種基于SiC MOSFET雙向?qū)щ娞匦缘淖幽K器件結(jié)溫均衡方法。團(tuán)隊(duì)借鑒Si子模塊器件損耗分析方法，建立了SiC子模塊損耗分析模型。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)SiC MOSFET溝道是否雙向?qū)щ姡瑢iC MOSFET分為單極工作和雙極工作兩種模式，并對(duì)比了兩種模式的器件損耗分布情況。進(jìn)一步地，引入可自適應(yīng)調(diào)節(jié)的閾值參數(shù)控制兩種模式的自主切換，從而實(shí)現(xiàn)器件損耗的均衡。

2. 針對(duì)SiC器件高阻斷電壓、高開關(guān)速度的特性導(dǎo)致MMC電磁干擾增加的問題，提出了多種適用于SiC MMC的共模電壓抑制方法。團(tuán)隊(duì)建立了MMC共模電壓分析模型，并分析了SiC器件的應(yīng)用對(duì)MMC共模電壓特性的影響。在此基礎(chǔ)上，揭示了基于最近零共模電壓矢量的共模電壓抑制方法的實(shí)現(xiàn)原理，并分析了其劣化輸出電能質(zhì)量的缺陷。進(jìn)一步地，基于開關(guān)矢量分析法，提出了多種改進(jìn)型的共模電壓抑制方法，可在實(shí)現(xiàn)零共模電壓調(diào)制的同時(shí)抑制電容電壓波動(dòng)并提高輸出電能質(zhì)量。

3. 針對(duì)全SiC子模塊成本高、導(dǎo)通損耗大的問題，提出了多種Si/SiC器件混合型子模塊方案（包含全橋子模塊方案、投切電容型子模塊（CS-SFB）方案）。通過優(yōu)化子模塊調(diào)制方法，使SiC半橋高頻工作、Si半橋低頻工作，實(shí)現(xiàn)了器件的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

4. 針對(duì)由全SiC子模塊組成的單一器件型MMC成本高、導(dǎo)通損耗大的問題，提出了Si/SiC子模塊混合型MMC換流器方案。團(tuán)隊(duì)分析了全SiC MMC隨著增壓擴(kuò)容成本、損耗持續(xù)增高的缺陷。然后，通過改變單一器件MMC各子模塊結(jié)構(gòu)相同、功能一致的架構(gòu)特性，將少量SiC塑形子模塊和多個(gè)Si承壓子模塊串接，構(gòu)成了Si/SiC子模塊混合型MMC。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化了換流器調(diào)制方法，在實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓均衡的同時(shí)使SiC子模塊高頻運(yùn)行、Si子模塊低頻運(yùn)行，提升了器件的利用效率。

圖1 6kW CS-SFB混合型MMC

圖2  10kW Si子模塊/SiC子模塊混合型MMC