[发明专利]具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块及其故障阻断方法

说明书

本发明公开了一种具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块，包括第一开关单元、第二开关单元与第一电容形成的第一半桥子模块，第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元与第二电容形成的第二半桥子模块；第四开关单元采用两个绝缘栅双极型晶体管反向并联的结构形式，从而具有双向导通‑双向阻断功能；其余开关单元均采用绝缘栅双极型晶体管反向并联续流二极管的结构形式，从而具有双向导通‑单向阻断功能；通过工作模式的切换能够输出0、U_C、2U_C三种工作电压，对正、反故障电流均能够提供2U_C的反电动势进行阻断。还提供一种采故障阻断方法，关断各开关单元，故障电流对第一电容与第二电容串联充电，在充电过程中产生反电动势对故障电流进行阻断。

技术领域

本发明涉及模块化多电平换流器领域，特别涉及一种用于多电平换流器中的具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块。还涉及一种故障电流的阻断方法。

背景技术

模块化多电平换流器自2002年被Marquardt R.等人提出后得到了飞速发展。不同于传统两电平VSC，MMC具有开关频率低、损耗小、波形质量好等优点广泛应用于实际柔性直流输电工程中。在系统发生直流侧双极短路故障时,由于二极管的续流效应从而导致基于传统HBSM的MMC无法阻断故障电流，对系统造成较大危害。因此，实现MMC直流故障阻断，提出具有故障阻断能力的子模块拓扑结构，是国内外研究的热门领域。其中，全桥子模块拓扑结构(FBSM)块虽然能够实现故障电流阻断能力，但是其输出单位电平所需要的开关器件过多，导致损耗严重。为解决开关器件数量过多这一问题，有学者提出了一种可以降低开关器件数量的钳位双子模块拓扑结构(Clamped dual submodule，CDSM)并对其故障阻断原理以及交流侧故障的多种故障情况下的故障电流特性，但是对于如何阻断交流故障电流以及系统保护方法并未提及。此外，尽管CDSM能够明显阻断故障电流，但由于其在故障阻断过程中存在两种不同电容连接方式，导致电流方向不同时故障阻断能力不同。另外有学者提出了一种可以有效阻断故障电流的子模块拓扑结构，该结构可以将子模块数量降为CDSM拓扑结构子模块数量的一半，但其单位输出电平所需的器件数量高，且正常工作情况下存在始终导通的两个开关器件，损耗严重。

综上所述，具有故障阻断能力的子模块拓扑结构均存在器件数量多、损耗严重、电流方向不同时故障阻断能力不同等问题，如何在不增加子模块中单位输出电平所需要的器件数量的同时，使子模块在不同电流流向的故障阻断能力相同目前尚未有可行的拓扑结构。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块拓扑，在不增加子模块中单位输出电平所需要的器件数量的同时，提高故障阻断能力，并使子模块在不同电流流向的故障阻断能力相同。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块，包括第一半桥子模块、第二半桥子模块、第一钳位二极管与第二钳位二极管；所述第一半桥子模块包括第一开关单元、第二开关单元与第一电容；所述第二半桥子模块包括第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元与第二电容；第一电容与第二电容的参数完全相同，并且第一电容与第二电容的电压参考值均为U_C；

第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元与第五开关单元均采用绝缘栅双极型晶体管反向并联续流二极管的结构形式，从而具有双向导通-单向阻断功能，并以绝缘栅双极型晶体管的导通方向为正向导通方向，以续流二极管的导通方向为反向导通方向，而且只有正向导通方向能够被关断；第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元与第五开关单元的导通是指双向导通，其关断是指正向导通方向被关断；

第四开关单元采用两个绝缘栅双极型晶体管反向并联的结构形式，从而具有双向导通-双向阻断功能；第四开关单元的导通是指双向导通，其关断是指双向关断；