[发明专利]一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑电路及其控制方法

说明书

一种新型模块化多电平换流器子模块拓扑电路及其控制方法。涉及电力系统直流输配电保护控制领域，尤其涉及一种具有直流侧故障穿越能力的MMC子模块拓扑电路及其控制方法。提供了一种模块化程度高，可靠性更高，并且正反向故障抑制电流能力更强、更均衡的新型模块化多电平换流器子模块拓扑电路及其控制方法。包括进线端口X、出线端口Y，在进线端口X和出线端口Y之间串联连接有至少二个半桥子模块，所述半桥子模块具有输入端口、输出端口一和输出端口二，所述的功率开关器件可以是IGBT或MOSFET。本发明具有很强的故障电流抑制能力。

技术领域

本发明涉及电力系统直流输配电保护控制领域，尤其涉及一种具有直流侧故障穿越能力的MMC子模块拓扑电路及其控制方法。

背景技术

随着新能源发电和直流负荷的不断增加，直流输配电网以及交直流混合配电网的应用越来越得到重视。而模块化多电平环流器(modular multilevel converter, MMC)因为具有简单的模块化结构、良好的可扩展性、开关频率低、损耗低、良好的谐波特性以及电能质量调节能力，受到国内外学者的欢迎，并被广泛的应用于直流输电系统和直流配电系统。然而，传统半桥型子模块结构的MMC虽然使用器件数量较低、成本和损耗较低，但是却无法快速的隔离和穿越MMC直流侧短路故障，最终会导致系统瘫痪，甚至会毁坏MMC，造成巨大的成本损失。

随后，一些具有故障穿越能力的MMC子模块拓扑被提出，

如申请号为CN201410400214.8的专利提出了一种半桥结构和全桥结构混用的子模块结构，全桥子模块用于实现换流器直流路故障时的自阻断。然而全桥子模块的开关器件数量较多，导致成本和损耗较高。

申请号为CN201510416707.5的专利提出的MMC子模块拓扑虽然使用的器件较少，但是当故障电流反向时具有较弱的故障电流阻断能力。

申请号为CN201520350619.5的专利提出的子模块拓扑结构具有较强的故障电流阻断能力，且每个子模块比全桥结构少一个开关器件。但是这些专利文献提出的子模块拓扑仅仅考虑了故障电流的阻断能力，没有考虑故障大电流流过开关器件给其带来的损坏，导致换流器可靠性不高。

为此，本申请人在2015-8-28向国家知识产权局提出申请号为2015105433494，名称：一种具有直流侧故障阻断能力的 MMC 子模块，公开号：CN105119511A的专利申请，该案出于直流侧能够及时、完全地锁闭短路电流，且结构简单、所需器件少、集成度高的目的，提出了具有一定模块化的实施方案（具体技术方案略），所提出的子模块拓扑结构虽然具有一定的直流短路故障穿越能力；但是我们在实际试验中发现，该案存在以下三点技术问题：

1、无论故障电流正向还是反向，故障电流都会流经MMC功率开关子模块中的反向并联二极管，容易造成MMC功率开关子模块的损坏，降低换流器的可靠性。

2、电路中的开关器件T₃和二极管D₈的耐压是半桥模块中开关器件耐压的二倍，即2倍的子模块的电容电压，因此需要选择更高电压等级的开关器件，或者使用多个开关器件串联的方式，增加配置的成本，配置较难。不能真正实现模块化的特点。

3、同时故障电流反向时，只有C₁和C₂两个子模块电容串联到MMC桥臂中，C₃和C₄被旁路了，因此，故障电流的抑制能力较弱。

发明内容

本发明针对以上存在的技术问题，提供了一种模块化程度高，可靠性更高，并且正反向故障抑制电流能力更强、更均衡的新型模块化多电平换流器子模块拓扑电路及其控制方法。

本发明的技术方案是：包括进线端口X、出线端口Y，在进线端口X和出线端口Y之间串联连接有至少二个半桥子模块，所述半桥子模块具有输入端口、输出端口一和输出端口二，