[发明专利]一种直流故障阻断的模块化多电平换流器及子模块

说明书

本发明涉及高压直流输电技术领域，公开了一种直流故障阻断的模块化多电平换流器及子模块，其中，一种直流故障阻断的模块化多电平换流器，包括多个桥臂，多个桥臂均包括串联的多个半桥子模块及多个增强型电容钳位子模块，利用电容箝位功能和二极管的反向截止特性，本发明的一种直流故障阻断的模块化多电平换流器及子模块拥有清除直流故障的能力，具有快速清除正反向直流故障的优点。

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种直流故障阻断的模块化多电平换流器及子模块。

背景技术

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converterbased high voltage direct current，MMC-HVDC)是解决传统电网异步联网问题的重要方法，更是发展智能电网的关键技术。较传统直流技术相比，具有设计模块化、可向无源网络供电、提升交流系统稳定性等优势，显示出良好的研究前景，近年来得到深入的研究并进行了广泛的应用。

子模块拓扑决定了MMC的工作效率和运行性能，其常用拓扑有半桥子模块(halfbridge sub-module，HBSM)、全桥子模块(full bridge sub-module，FBSM)、箝位双子模块(clamp double sub-module，CDSM)和增强自阻型子模块(self-blocking sub-module，SBSM)拓扑结构。典型的半桥子模块结构因其控制运维简便、造价低廉等特殊优势，在我国现有的柔直输电工程中得到了广泛的应用。

实际工程中，换流器直流侧发生双极短路故障后，对于半桥子模块结构来说，即使闭锁IGBT(insulated gate bipolar transistor)，由于故障等效电路中子模块电容放电作用和交流系统的能量馈入，续流二极管可以与短路点实现连接，故障电流可以通过此电流路径持续增加，危害MMC的电力电子设备。如图1所示，现有技术公开了一种二极管钳位逆阻型双子模块结构(D-RBSM)，降低了RB-IGBT闭锁的同时性要求，能够有效阻断直流侧故障电流，但其反向阻断故障电流的能力较正向弱。

发明内容

本发明目的在于提供一种直流故障阻断的模块化多电平换流器及子模块，具有快速清除正反向直流故障的优点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种直流故障阻断的子模块，包括半桥单元、第三绝缘栅双极型晶体管T3、第四绝缘栅双极型晶体管T4、第五绝缘栅双极型晶体管T5、第十阻流二极管D10、第二钳位电容C2及第九阻流二极管D9，所述第三绝缘栅双极型晶体管T3上反向并联有第三阻流二极管D3，所述第三绝缘栅双极型晶体管T3的发射极e和第四绝缘栅双极型晶体管T4的集电极c均与所述半桥单元连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管T3的集电极c连接第二钳位电容C2的正极，所述第二钳位电容C2的负极与所述第五绝缘栅双极型晶体管T5的发射极e连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管T4的发射极e与所述第五绝缘栅双极型晶体管T5的集电极c连接，所述第五绝缘栅双极型晶体管T5上反向并联有第八阻流二极管D8，所述第九阻流二极管D9的负极与所述第三绝缘栅双极型晶体管T3的集电极c连接，所述第九阻流二极管D9的正极与第四绝缘栅双极型晶体管T4的发射极e连接；

所述第四绝缘栅双极型晶体管T4还连接有整流桥堆单元，所述整流桥堆单元包括第四阻流二极管D4、第五阻流二极管D5、第六阻流二极管D6及第七阻流二极管D7，所述第四阻流二极管D4的正极和第五阻流二极管D5的负极均与半桥单元连接，所述第四阻流二极管D4的负极和第六阻流二极管D6的负极均与所述第四绝缘栅双极型晶体管T4的集电极c连接，所述第五阻流二极管D5的正极和第七阻流二极管D7的正极均与第四绝缘栅双极型晶体管T4的发射极e连接，所述第六阻流二极管D6的正极和第七阻流二极管D7的负极均与第五绝缘栅双极型晶体管T5的集电极c连接。