[发明专利]一种新型二端口半桥‑全桥混合子模块MMC拓扑

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种新型二端口半桥-全桥混合子模块（Hybrid Half-Full Bridge Sub-module, H-HFBSM）的MMC拓扑。

背景技术

模块化多电平换流器MMC是未来直流输电技术的发展方向，MMC采用子模块(Sub-module，SM)级联的方式构造换流阀，避免了大量器件的直接串联，降低了对器件一致性的要求，同时便于扩容及冗余配置。随着电平数的升高，输出波形接近正弦，能有效避开低电平VSC-HVDC的缺陷。

目前，大量投入使用的半桥子模块（Half-bridge Sub-module，HBSM）MMC虽然具有成本低等优势，但面临直流故障时，由于不具有直流箝位能力，只能通过MMC的可靠闭锁来阻断直流电流。然而由于子模块中与绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）反并联二极管的续流作用，半桥型子模块无法阻断交流测向故障点馈入的短路电流，所以无法进行直流故障的清除。MMC-HVDC系统的直流故障传播速度极快，加之目前没有成熟的直流断路器技术，若不能快速清除故障，将严重影响到电力系统的安全稳定运行。因此，具备直流故障电流清除能力的MMC-HVDC拓扑成为最有效可行的方案。

新型二端口半桥-全桥混合子模块MMC拓扑配合合适的控制策略，具有一定的自均压能力，能够不过分依赖于排序均压算法的大量开销。且由于其是二端口子模块，当换流器功率上升时，电流可以通过两个端口输入或输出，降低了单个端口IGBT的通流需求，大大提高了通流能力。

发明内容

针对上述问题，在学术界对对模块化多电平换流器拓扑结构研究的基础上，本发明设计一种新型二端口半桥-全桥混合子模块MMC拓扑，采用最近电平逼近调制，设计相应的子模块投切逻辑方法，实现直流故障的自清除以及局部自均压。

本发明提出的新型二端口半桥-全桥混合MMC子模块拓扑，为了实现自均压功能，结合子模块的开关状态集设计了相应的开关触发逻辑，同时保证了混合MMC的直流故障清除能力。

附图说明

图1是A类子模块（A-Class Sub-module, A-SM）拓扑的结构示意图；其中，T₁~T₆及T_EX代表绝缘栅双极型晶体管，D₁~D₆及D_EX代表二极管，C代表电容器；

图2是A-SM旁路示意图；

图3是A-SM拓扑输出U_C示意图；

图4是B类子模块（B-Class Sub-module, B-SM）拓扑的结构示意图；其中，T₁~T₆代表绝缘栅双极型晶体管，D₁~D₆代表二极管，C代表电容器；

图5是B-SM旁路示意图；

图6是B-SM输出U_C示意图；

图7是A、B子模块自均压回路示意图；

图1~图7中，绝缘栅双极型晶体管用灰色实线表示关断，用黑色实线表示开通；二极管用灰色实线表示关断，用黑色实线表示导通；电路的其他部分灰色实线表示在该种工况下该支路不属于工作回路，黑色实线表示该支路为该种工况工作回路的一部分。

图8是H-HFBSM结构图及其在MMC中的连接方式。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的性能与工作原理，以下结合附图对发明的构成方式与工作原理进行具体说明。