[发明专利]一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑

说明书

本发明提供了一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑的基本原理和实现方法，并联型混合MMC拓扑通过在传统半桥换流器直流侧出口增加由超快速机械开关(ultra‑fast disconnector,UFD)和负荷转换开关(load commutation switch,LCS)串联组成的断流支路，在各相上、下桥臂电感外侧增加电流转移模块，同时增加由全桥子模块(full‑bridge submodules，FBSM)构成的全桥桥臂作为能量吸收回路，并设计了对应能量吸收回路的附加控制器，可在故障期间不依赖直流断路器快速清除故障，并可使柔性直流电网系统可靠有效恢复。本发明通过将断路器的部分功能集成到换流器内部，可有效清除柔性直流电网故障，原理简便，控制方式有效。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及并联型混合MMC拓扑的基本原理和实现方法。

背景技术

基于MMC的高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)由于其技术和经济上的独特优势，在我国远距离大容量输电和大区域联网中得到了广泛应用，由其组成的柔性直流输电技术可有效缓解我国大规模新能源并网与消纳问题，是未来电网变革的方向。但由于柔性直流电网中含有大量电力电子设备，其低惯量、弱阻尼特性和架空线的高故障率使直流故障成为基于半桥MMC的柔性直流电网工程化应用面临的主要挑战之一，限制了柔性直流电网的发展。其中主要技术难点在于高压大容量的直流断路器技术的研制尚不成熟，距离大规模工程化应用还有一定的距离。因此，本方案从原理上提出了一种不依赖直流断路器的基于MMC切断电流的方案，可避免现有直流断路器存在的问题。

本方案通过集成部分断路器功能于MMC内部，设计了一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑，可有效实现柔性直流电网故障电流的清除，降低整个换流站的建设成本。

发明内容

为了克服上述现有直流断路器的成本和寿命问题，本发明提供一种适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑，通过MMC本身的操作并配合直流侧线路的机械断路器(mechanical circuit breaker，MCB)，实现直流故障的快速清除。

本发明提供并联型混合MMC拓扑的实现方法，基于传统半桥MMC，在各相上、下桥臂电感外侧增加电流转移模块，在换流器直流出口处增加由UFD和LCS串联组成的断流支路，同时增加一个由FBSM构成的全桥桥臂作为能量吸收回路，并设计了适用于能量吸收回路的附加控制器。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种并联型混合MMC拓扑的实现方法，包括：

电流转移模块，断流支路和能量吸收回路三部分

电流转移模块，由IGBT及其反并联二极管并且并联避雷器组成的模块单元串联组成，连接在MMC上下桥臂的桥臂电感与桥臂子模块组的连接处，在稳态时不流过电流，在故障后导通用于旁路MMC桥臂电感，可使断流支路的承压由能量吸收回路进行箝位；

断流支路，由UFD和LCS串联组成，用于稳态时的通流和故障后物理隔离MMC桥臂和故障线路部分；

能量吸收回路，由FBSM组成的能量吸收回路，可有效进行故障线路桥臂电感能量的吸收。

另一方面，本发明设计了一种针对并联型混合MMC拓扑的能量吸收回路的附加控制器，使其在系统发生直流侧故障时，通过三个暂态过程，可有效控制能量吸收回路进行故障的快速清除。

根据权利要求1所述的并联型混合MMC拓扑，其特征在于，所述电流转移模块与MMC桥臂电感连接，形成公共点M和公共点N；

所述电流转移模块可以由IGBT模块(反并联二极管)与避雷器并联组成基本单元，串联形成。为使电流转移模块双向通流，电流转移模块需反向串联。