[发明专利]具有断流能力的混联型模块化多电平变换器及其控制方法

说明书

本发明公开一种具有断流能力的混联型模块化多电平变换器及其控制方法，所述的多电平变换器为ABC三相结构，每相均包含相同的上桥臂和下桥臂，上、下桥臂均由N个子模块构成，其中包含相串联的M个单极性全桥子模块和N‑M个半桥子模块；同一相中上桥臂的下端与下桥臂的上端之间串联有两个相同的桥臂电感；不同相的上、下桥臂通过6个晶闸管支路交错相连，三相上桥臂的上端短接后经第一隔离开关连接至直流侧，三相下桥臂的下端短接后经第二隔离开关连接至直流侧。此种技术方案可实现与传统三相模块化多电平变换器相同的输出特性，同时在发生直流侧短路故障时，快速熄灭短路电流，实现短路故障保护。

技术领域

本发明属于多电平电力电子变换器技术领域，特别涉及一种基于交错晶闸管支路具有断流能力的混联型模块化多电平变换器及其控制方法。

背景技术

相对于传统的两电平和三电平换流器，模块化多电平换流器(MMC)具有效率高、输出交流电压谐波小、高度模块化等特点，在高压大功率系统中已展现出及其重要的工程应用前景，目前正逐步推广应用于可再生能源并网、高压直流输电、直流网等领域。

传统的半桥MMC由于续流二极管的存在，在发生短路故障时，续流二极管会构成不控整流通路，将换流器闭锁后交流侧依然会通过二极管整流通路向短路点源源不断地馈入短路电流。由于短路的电流无法过零熄灭，所以依靠单纯地闭锁半桥MMC是无法实现直流侧短路故障清除的。发生短路故障时，会产生巨大的短路电流，给变换器、输电线路、用电负荷带来危害，严重者可能导致变换器电力电子器件失效而无法投入运行。

为了实现短路故障的清除，MMC需要配备至少一半以上的全桥子模块，才能实现短路故障的清除。但是，全桥子模块的开关器件数量是传统半桥子模块开关器件数量的两倍，所以全桥子模块的损耗和器件成本都接近是半桥子模块的两倍，大量的全桥子模块增加了换流器正常运行时的损耗，也增加了换流器的建设成本。

针对以上问题，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种具有断流能力的混联型模块化多电平变换器及其控制方法，其可实现与传统三相模块化多电平变换器相同的输出特性，同时在发生直流侧短路故障时，快速熄灭短路电流，实现短路故障保护。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种具有断流能力的混联型模块化多电平变换器，所述的多电平变换器为ABC三相结构，每相均包含相同的上桥臂和下桥臂，上、下桥臂均由N个子模块构成，其中包含相串联的M个单极性全桥子模块和N-M个半桥子模块，M的取值由短路参数计算确定；同一相中上桥臂的下端与下桥臂的上端之间串联有两个相同的桥臂电感；

A相上桥臂的下端与B相下桥臂的上端之间连接第一晶闸管支路，且第一晶闸管支路的阴极连接B相下桥臂；B相下桥臂的上端与C相上桥臂的下端之间连接第二晶闸管支路，且第二晶闸管支路的阴极连接C相上桥臂；C相上桥臂的下端与A相下桥臂的上端之间连接第三晶闸管支路，且第三晶闸管支路的阴极连接A相下桥臂；A相下桥臂的上端与B相上桥臂的下端之间连接第四晶闸管支路，且第三晶闸管支路的阴极连接B相上桥臂；B相上桥臂的下端与C相下桥臂的上端之间连接第五晶闸管支路，且第五晶闸管支路的阴极连接C相下桥臂；C相下桥臂的上端与A相上桥臂的下端之间连接第六晶闸管支路，且第六晶闸管支路的阴极连接A相上桥臂；

三相上桥臂的上端短接后经第一隔离开关连接至直流侧，三相下桥臂的下端短接后经第二隔离开关连接至直流侧。

上述单极性全桥子模块包括第一至第三IGBT、第一二极管和第一电解电容，其中，第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极，并以连接点作为该单极性全桥子模块的正端；第一IGBT的集电极分别连接第一二极管的阴极和第一电解电容的正极，第一二极管的阳极连接第三IGBT的集电极，并以连接点作为该单极性全桥子模块的负端；第三IGBT的发射极、第一电解电容的负极、第二IGBT的发射极相连接。

上述第一至第三IGBT均连接有反接二极管。