[发明专利]一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块

说明书

本发明涉及一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块，其包括三个并联的支路：第一支路中第一、第二开关管串联，第一、第二二极管的阳极和阴极分别与第一、第二开关管的发射极和集电极连接；第二开关管发射极和集电极为输出端；第二支路中第一电容的正、负极分别与第一开关管集电极和第二开关管发射极连接。第三支路中第三二极管和第三、第四开关管串联，且第三二极管的阳极和阴极分别与第一、第三开关管集电极连接；第三开关管发射极与第四开关管集电极连接；第四开关管发射极与第二开关管发射极连接；第二电容与电阻串联后与第三开关管并联，其负极与第三开关管发射极连接。本发明可有效限制子模块暂态过电压，且不影响子模块外特性。

技术领域

本发明涉及高电压柔性直流输电中模块化多电平换流器(MMC)及其控制保护领域，具体涉及一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块。

背景技术

我国已建成的柔性直流输电工程如南汇、舟山等工程均采用“对称单极”换流阀结构，其缺点是双极换流器没有解耦，导致一极故障，另一极也无法正常运行。“双极”换流阀结构实现了两极独立运行，并且在单极故障时，非故障极可以转带故障极功率，较大提高了运行可靠性。厦门柔性直流工程为我国投运的第一个双极柔直工程。

随着我国MMC-HVDC工程不断向高电压等级、大容量发展，在双极柔直工程中，若发生换流阀单极闭锁故障，在某些情况下，故障极的大功率将瞬时涌入非故障极，造成非故障极的功率不平衡并导致暂态过电压。若过电压超过换流阀的承受能力，会导致非故障极闭锁。这就无法发挥“双极”换流阀相比于“对称单极”换流阀的技术优势。因此，提高换流阀暂态过电压耐受能力，对提升双极换流器的运行可靠性具有重要意义。

虽然通过优化柔直交流侧系统接入方案或优化柔直系统的控制策略，也可以提高换流阀的暂态过电压耐受能力，但提高换流阀子模块器件本身的过电压耐受能力，对从本质上提升柔性直流工程的可靠性水平尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块，用于提高柔性直流输电在暂态过电压情况下的运行可靠性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块，其特征在于：其包括第一支路、第二支路和第三支路，所述第一至第三支路并联；所述第一支路由第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管构成，所述第二支路由第一电容构成，所述第三支路由第三二极管、第三开关管、第四开关管、第二电容和电阻构成。

所述第一支路中所述第一开关管和第二开关管串联连接，即所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极连接；所述第一二极管的阳极和阴极分别与所述第一开关管的发射极和集电极连接；所述第二二极管的阳极和阴极分别与所述第二开关管的发射极和集电极连接；所述第二开关管的发射极和集电极作为子模块的输出端。

所述第二支路中所述第一电容的正极和负极分别与所述第一支路中所述第一开关管的集电极和所述第二开关管的发射极连接。

所述第三支路为过电压耐受支路。

所述第三支路中，所述第三二极管、第三开关管和第四开关管依次串联连接，且所述第三二极管的阳极与所述第一支路中所述第一开关管的集电极连接，阴极与所述第三开关管的集电极连接；所述第三开关管的发射极与所述第四开关管的集电极连接；所述第四开关管的发射极与所述第一支路中所述第二开关管的发射极连接；所述第二电容与所述电阻串联后与所述第三开关管并联，且所述第二电容的负极与所述第三开关管的发射极连接。

各所述开关管都采用IGBT开关管。