[发明专利]故障自清除MMC子模块及具有该子模块的换流器

说明书

技术领域

本发明涉及一种MMC子模块。特别是涉及一种故障自清除MMC子模块及具有该子模块的换流器。

背景技术

高压直流输电系统凭借低投资、稳定性高、控制灵活等优点在远距离大容量输电工程中更具合理性和适用性，对我国电力工业的发展起到较大的推进作用。但是传统的高压直流输电系统极易因换相失败而影响系统的功率恢复，且存在波形质量差、造价高等缺陷。随着电力电子器件的发展，具备自换相能力的电压源型换流器从根本上克服了上述缺陷，采用该种换流器的直流输电系统(柔性直流输电系统)也因此具有良好的发展前景。

换流器是柔性直流输电系统的重要装置，常见的换流器有三种，即两电平换流器、二极管钳位型三电平换流器以及模块化多电平换流器(MMC)。相较于其它两种拓扑结构，MMC具有很明显的优势，如制造难度低、损耗小、波形质量高、故障处理能力强等。鉴于上述优点，MMC换流器已成为柔性直流输电的主要拓扑结构。传统柔性直流输电采用铺设地底电缆的方式进行电能输送，工程初期投资巨大，架空线路则可以有效降低成本并适用于地底环境恶劣的地区。但是，架空线路容易因外界或线路影响出现直流短路故障。

目前投入工程使用的柔性直流输电工程通常采用的是半桥子模块，系统发生直流短路故障时，交流电流经二极管通路向故障点持续注入电流，会造成电流的急剧增高，大大增加了器件损坏的风险。传统交流断路器可以阻断交流输出，但其重启时间长；直流断路器则存在开发困难，投资较大等问题，系统的稳定运行无法得到有效保障。具备故障自清除能力的MMC是解决上述问题的有效途径。

常见的具备故障自清除能力的MMC子模块有全桥型和钳位双子型，其中，全桥模块功率器件个数较多，在换流站建设初期投资成本高；钳位双子模块可输出多电平，虽然该结构减少了功率器件的数量，但其附加器件的额定电压水平为其它器件的一倍，没有有效降低投资成本。

鉴于上述问题，降低MMC子模块功率器件的数量或额定电压并使其具备直流故障自清除能力对于柔性直流输电的稳定运行和建设投资有着重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在实现故障电流自清除的同时能够克服由于器件数目和电气应力所造成的成本高的缺陷的故障自清除MMC子模块及具有该子模块的换流器。

本发明所采用的技术方案是：一种故障自清除MMC子模块，包括依次串联连接的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，所述第一开关的另一端连接第一电容的一端，所述第一开关与第二开关相连的交点分别连接第二电容的一端以及第六二极管的负极，所述第三开关与第四开关相连的交点连接第二电容的另一端，所述第四开关与第五开关相连的交点连接第一电容的另一端，所述第五开关的另一端连接所述第六二极管的正极，所述第二开关与第三开关相连的交点构成故障自清除MMC子模块的正极，所述第五开关与所述第六二极管相连的交点构成故障自清除MMC子模块的负极。

所述的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关结构相同，均是由一个全控型电力电子器件对应与一个二极管反并联连接构成，即，所述全控型电力电子器件的漏极对应连接二极管的负极，所述全控型电力电子器件的源极对应连接二极管的正极，其中，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均是前一个开关中的全控型电力电子器件的源极和二极管的正极共同连接下一个开关中的全控型电力电子器件的漏极和二极管的负极，且第一开关中的第一全控型电力电子器件的漏极和第一二极管的负极共同连接第一电容的一端，而第五开关中的第五全控型电力电子器件的源极和第五二极管的正极共同连接上一个开关即第四开关中的第四全控型电力电子器件的源极和第四二极管的正极，所述第五全控型电力电子器件的漏极和第五二极管的负极共同连接第六二极管的正极，以及构成故障自清除MMC子模块的负极。

所述的全控型电力电子器件是绝缘栅双极型晶体管，或是集成门极换流晶闸管，或是门极可关断晶闸管，或是电子注入增强栅晶体管。