一種具備直流故障清除能力的mmc拓?fù)涞闹谱鞣椒?br>【專利摘要】本發(fā)明提供一種具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由三個開關(guān)管、一個電容器、一個二極管和相應(yīng)的導(dǎo)線組成。由該子模塊構(gòu)成的上橋臂的頂端和下橋臂的底端分別與直流正、負(fù)極母線連接，上橋臂的底端和下橋臂的頂端都經(jīng)過一個橋臂電抗器接到交流母線；子模塊所用開關(guān)管全部為具備自關(guān)斷能力的電力電子器件。通過這種連接方式，使由該拓?fù)錁?gòu)成的MMC換流器具備直流故障清除能力，與工程上常用的具備直流故障清除能力的全橋MMC子模塊拓?fù)湎啾?，所用的開關(guān)管少了1/4，可應(yīng)用于架空線柔性直流輸電、多端柔性直流輸電、直流電網(wǎng)等場合。
【專利說明】
一種具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)?br>技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及柔性直流輸電領(lǐng)域，具體涉及一種具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)洹?br>【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平換流器MMC是未來直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向，MMC采用子模塊(Sub-module，SM)級聯(lián)的方式構(gòu)造換流閥，避免了大量器件的直接串聯(lián)，降低了對器件一致性的要求，同時便于擴容及冗余配置。隨著電平數(shù)的升高，輸出波形接近正弦，能有效避開低電平VSC-HVDC的缺陷。
[0003]直流側(cè)短路故障是目前MMC所面對的主要問題之一。實際工程中采用半橋子模塊，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生故障時，由于反并聯(lián)二極管仍能為故障電流提供通路，系統(tǒng)近似發(fā)生三相短路，且無法通過閉鎖換流器來切斷故障電流，嚴(yán)重危害系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。同時，由于直流電流不存在過零點，熄弧困難，高壓大容量直流斷路器的制造工藝尚不成熟，目前仍處于實驗階段，在工程中鮮有應(yīng)用。因此，清除直流側(cè)故障只能依靠斷開交流斷路器來實現(xiàn)，但該方法動作速度慢，系統(tǒng)恢復(fù)時間長。
[0004]采用具有直流故障穿越能力的子模塊拓?fù)鋪砬袛喙收想娏魇且环N行之有效的方法，但目前工程上常用的全橋型麗C子模塊拓?fù)涞拈_關(guān)管用量較多，成本較高，研究具有故障清除能力的子模塊拓?fù)渚哂兄匾囊饬x。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種經(jīng)濟的、具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明具體的構(gòu)成方式如下。
[0007]—種具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個子模塊由三個開關(guān)管、一個電容器、一個二極管和相應(yīng)的導(dǎo)線組成;三個開關(guān)管串聯(lián)連接，頂端接子模塊電容正極，底端接子模塊電容負(fù)極;前兩個開關(guān)管正向連接，這里定義的正向即開通狀態(tài)下電流由電容正極能夠經(jīng)由該開關(guān)管流出，第三個開關(guān)管反向連接，開關(guān)管由可關(guān)斷電力電子器件組成，例如IGBT、IGCT等；靠近子模塊電容負(fù)極的兩個開關(guān)管的觸發(fā)是一致的，在直流故障閉鎖的時候，這兩個反向連接的開關(guān)管起到強迫故障電流經(jīng)由二極管給子模塊電容充電的作用。
[0008]上述具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一相都包含由該子模塊構(gòu)成的上下橋臂，上橋臂的頂端和下橋臂的底端分別與直流正、負(fù)極母線連接，上橋臂的底端和下橋臂的頂端都經(jīng)過一個橋臂電抗器接到交流母線；以A相為例:A相上橋臂的第I個子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下與A相上橋臂的第2個子模塊中靠近子模塊電容正極的前兩個開關(guān)管連接中點相連接，其子模塊中靠近子模塊電容正極的前兩個開關(guān)管連接中點向上與直流母線正極相連接，其子模塊電容正極向下經(jīng)一個二極管與第2個子模塊電容的負(fù)極相連接，負(fù)極向上經(jīng)二極管與直流母線正極相連接，這里的二極管的正向?qū)ǚ较蚺c子模塊電容電壓正極到負(fù)極的方向相反，下面提到的二極管如無特殊說明，正向?qū)ǚ较蚺c此二極管相同；A相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2?AlI，其子模塊電容負(fù)極向下與A相上橋臂的第i+Ι個子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點相連接，向上經(jīng)一個二極管與第1-Ι個子模塊的電容正極相連接，電容正極向下經(jīng)一個二極管與第i+Ι個子模塊電容的負(fù)極相連接，其子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點向上與A相上橋臂的第1-Ι個子模塊電容負(fù)極相連接;A相上橋臂的第Λ個子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下經(jīng)兩個橋臂電抗器與A相下橋臂的第I個子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點相連接，向上經(jīng)一個二極管與第AlI個子模塊的電容正極相連接，正極向下經(jīng)二極管與下橋臂第一個子模塊電容的負(fù)極相連接，其子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點向上與A相上橋臂的第^ I個子模塊電容負(fù)極相連接;A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2?，其子模塊電容負(fù)極向下與A相下橋臂的第i+Ι個子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點相連接，向上經(jīng)一個二極管與第1-Ι個子模塊電容正極相連接，正極向下經(jīng)一個二極管與第i+Ι個子模塊電容的負(fù)極相連接，其子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點向上與A相下橋臂的第I個子模塊電容負(fù)極相連接;A相下橋臂的第#個子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下與直流母線負(fù)極相連接，向上經(jīng)二極管與第個子模塊的電容正極相連接，其子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點向上與A相下橋臂的第個子模塊電容負(fù)極相連接;B相、C相的連接方式與A相相同。
【附圖說明】
[0009]圖1是具備直流故障清除能力的MMC子模塊拓?fù)洹?br>[0010]圖2是具備直流故障清除能力的MMC換流器結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0011]下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0012]參考圖1，每個子模塊由三個開關(guān)管、一個電容器、一個二極管和相應(yīng)的導(dǎo)線組成；三個開關(guān)管串聯(lián)連接，頂端接子模塊電容正極，底端接子模塊電容負(fù)極;前兩個開關(guān)管正向連接，這里定義的正向即開通狀態(tài)下電流由電容正極能夠經(jīng)由該開關(guān)管流出，第三個開關(guān)管反向連接，開關(guān)管由可關(guān)斷電力電子器件組成，例如IGBT、IGCT等；靠近子模塊電容負(fù)極的兩個開關(guān)管的觸發(fā)是一致的，在直流故障閉鎖的時候，這兩個反向連接的開關(guān)管起到強迫故障電流經(jīng)由二極管給子模塊電容充電的作用，導(dǎo)通第一個開關(guān)管，關(guān)斷第二、三個開關(guān)管即投入狀態(tài);關(guān)斷第一個開關(guān)管，導(dǎo)通第二、三個開關(guān)管即切除狀態(tài)，所有開關(guān)管關(guān)斷即閉鎖狀態(tài)。
[0013]由圖2構(gòu)成的具備直流故障清除能力的MMC換流器結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)短路故障發(fā)生時，閉鎖所有開關(guān)管，正向或反向的故障電流都只能通過開關(guān)管反并聯(lián)的二極管或者附加的二極管對子模塊電容進行充電，從而起到切斷故障電流的作用。
[0014]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，每個子模塊由三個開關(guān)管、一個電容器、一個二極管和相應(yīng)的導(dǎo)線組成;三個開關(guān)管串聯(lián)連接，頂端接子模塊電容正極，底端接子模塊電容負(fù)極;前兩個開關(guān)管正向連接，這里定義的正向即開通狀態(tài)下電流由電容正極能夠經(jīng)由該開關(guān)管流出，第三個開關(guān)管反向連接，開關(guān)管由可關(guān)斷電力電子器件組成，例如IGBT、IGCT等。2.一種具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，靠近子模塊電容負(fù)極的兩個開關(guān)管的觸發(fā)是一致的，在直流故障閉鎖的時候，這兩個反向連接的開關(guān)管起到強迫故障電流經(jīng)由二極管給子模塊電容充電的作用。3.—種具備直流故障清除能力的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，每一相都包含由該子模塊構(gòu)成的上下橋臂，上橋臂的頂端和下橋臂的底端分別與直流正、負(fù)極母線連接，上橋臂的底端和下橋臂的頂端都經(jīng)過一個橋臂電抗器接到交流母線；以A相為例:A相上橋臂的第I個子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下與A相上橋臂的第2個子模塊中靠近子模塊電容正極的前兩個開關(guān)管連接中點相連接，其子模塊中靠近子模塊電容正極的前兩個開關(guān)管連接中點向上與直流母線正極相連接，其子模塊電容正極向下經(jīng)一個二極管與第2個子模塊電容的負(fù)極相連接，負(fù)極向上經(jīng)二極管與直流母線正極相連接，這里的二極管的正向?qū)ǚ较蚺c子模塊電容電壓正極到負(fù)極的方向相反，下面提到的二極管如無特殊說明，正向?qū)ǚ较蚺c此二極管相同；A相上橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2?11，其子模塊電容負(fù)極向下與A相上橋臂的第i+Ι個子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點相連接，向上經(jīng)一個二極管與第1-Ι個子模塊的電容正極相連接，電容正極向下經(jīng)一個二極管與第i+Ι個子模塊電容的負(fù)極相連接，其子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點向上與A相上橋臂的第1-Ι個子模塊電容負(fù)極相連接;A相上橋臂的第Λ個子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下經(jīng)兩個橋臂電抗器與A相下橋臂的第I個子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點相連接，向上經(jīng)一個二極管與第個子模塊的電容正極相連接，正極向下經(jīng)二極管與下橋臂第一個子模塊電容的負(fù)極相連接，其子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點向上與A相上橋臂的第個子模塊電容負(fù)極相連接;A相下橋臂的第i個子模塊，其中i的取值為2?AlI，其子模塊電容負(fù)極向下與A相下橋臂的第i+1個子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點相連接，向上經(jīng)一個二極管與第1-Ι個子模塊電容正極相連接，正極向下經(jīng)一個二極管與第i+Ι個子模塊電容的負(fù)極相連接，其子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點向上與A相下橋臂的第1-Ι個子模塊電容負(fù)極相連接;A相下橋臂的第Λ個子模塊，其子模塊電容負(fù)極向下與直流母線負(fù)極相連接，向上經(jīng)二極管與第AlI個子模塊的電容正極相連接，其子模塊的前兩個開關(guān)管連接中點向上與A相下橋臂的第Il個子模塊電容負(fù)極相連接;B相、C相的連接方式與A相相同。
【文檔編號】H02M7/797GK106058824SQ201610354630
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】趙成勇, 李帥, 許建中, 劉航
【申請人】華北電力大學(xué)