[发明专利]一种具有直流故障阻断能力的MMC子模块

说明书

一种具有直流故障阻断能力的MMC子模块，由电力电子器件和电容组成。多个MMC子模块组成的混联桥臂构成柔性直流输电的换流器，正常运行时可实现整流或者逆变功能。当换流器直流侧出现直流母线短路故障时，通过闭锁电力电子开关，经过钳位二极管反向串入电容实现直流母线故障隔离，改善基于箝位双子单元模块柔性直流输电直流侧短路反向电流故障隔离能力。

技术领域

本发明涉及一种具有直流故障阻断能力的MMC子模块。

背景技术

柔性直流输电技术作为一种新型输电方式，与传统交流输电方式相比在解决当今电网面临的诸多问题上具有独特的优势，具有良好的发展前景。而模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)以易于封装的模块化结构、良好的可扩展性与交流输出电压谐波性能、较低的开关频率与损耗等优点已经受到世界范围内的认可。适用于直流电网的直流故障保护成为发展直流电网的关键技术之一，然而目前适用于直流电网的保护原理尚有诸多关键技术有待突破，主要的技术难点包括故障的精准识别和快速隔离。目前广泛使用的半桥型模块化多电平换流器虽然具有结构简单，器件数量少，损耗低等优点，但是其不能快速隔离直流侧短路故障功能，并且由于直流电流没有过零点，普通的交流断路器由于难以灭弧而无法断开。直流故障电流如果采用断开交流侧断路器等传统保护方式切断，将会导致系统恢复时间过长，严重影响了整个系统的可靠性。

为了清除直流侧故障，利用换流器本身的结构特点阻断故障电流是一种有效清除故障的途径，该方法通过改进换流器本身拓扑结构与器件的脉冲触发策略来阻断故障电流，不需要断开交流断路器，并且能够快速清除故障使系统恢复运行，同时对交流系统影响较小，非常适合暂态故障率高的架空线线路。国外学者提出的钳位双子模块(clamp doublesub-module,CDSM)，不仅能够隔离直流侧故障，且在经济性、性能上具有较强的优势。但专利壁垒导致在我国的大规模工程应用受到限制；同时箝位双子模块中的两个电容在反方向故障电流时等效并联，与正方向故障电流时两个电容等效串联的情形阻断能力差异较大；并且两个电容存在并联耦合性从而增加了控制和均压的复杂度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术壁垒的限制，提出一种具有直流故障阻断能力的MMC子模块—三电容箝位型双子模块(Three capacitor Clamping Double Sub-Module，TCDSM)。本发明将子模块电容串入故障电路，利用电容的反向电压切断故障电流，从而起到直流母线故障隔离的作用，瞬时性直流母线短路故障时本发明还具有使系统恢复运行所需时间短的优点。

本发明具有直流故障阻断能力的MMC子模块由电子开关T1、T2、T3、T4、T5、T6，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8和电容C1、C2、C3组成。MMC子模块的第一输出端与第一电子开关T1的发射极、第二电子开关T2的集电极在第一连接点相连；第一电子开关T1的集电极与第一电容C1的正极、第七二极管D7的阴极在第二连接点相连；第七二极管D7的阳极、第六电子开关T6的发射极、第八二极管D8的阴极和第五电子开关T5的集电极在第三连接点相连；第六电子开关T6的集电极、第二电容C2的正极和第三电子开关T3的集电极在第四连接点相连；第八二极管D8的阳极、第二电容C2的负极和第三电容C3的正极在第五连接点相连；第三电子开关T3的发射极、第四电子开关T4的集电极和MMC子模块第二输出端在第六连接点相连；第二电子开关T2的发射极、第一电容C1的负极、第五电子开关T5的发射极在第七连接点相连；第三电容C3的负极、第四电子开关T4的发射极在第八连接点相连；第一电子开关T1与第一二极管D1并联，第二电子开关T2与第二二极管D2并联，第三电子开关T3与第三二极管D3并联，第四电子开关T4与第四二极管D4并联，所有并联的电子开关的集电极与二极管的阳极连接，所有并联的电子开关的发射极与二极管的阴极相连接。