[发明专利]一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构

说明书

本发明涉及一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，属于柔性直流输电技术领域。本发明包括MMC子模块拓扑，MMC子模块拓扑包括子模块输出端，子模块输出端为电压正极输出端与电压负极输出端，MMC子模块拓扑还包括结构相同的左右两个半桥，两个半桥通过交叉的功率开关组S₇和S₈相连。本发明具有快速直流故障清除能力，不需要跳开交流开关，避免了长久闭锁可能造成的电容电压发散和导致交流断路器动作的问题，非闭锁模式有利于MMC故障后快速恢复平稳运行。

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，特别是一种具备直流故障清除能力的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，属于柔性直流输电技术领域。

背景技术

基于架空线的模块化多电平换流器MMC型柔性直流电网具有无换相失败、谐波含量小与灵活可控的优势，有望在新能源汇集、分布式电源接入与跨区互联等方面发挥重要作用。架空线路柔性直流电网直流侧线路发生短路故障，较低的阻尼会导致电流上升速度较快，由于电流没有过零点，故障清除难度比交流系统大。目前有以下几种方法可以切断直流侧故障电流：1)跳换流站交流侧断路器；2)断开直流侧断路器；3)换流器采用具备故障自清除能力的子模块。跳交流断路器由于故障切除时间通常在45～150ms之间，故障清除速度慢且不利于系统恢复。断开直流侧断路器，隔离直流侧故障，目前国内外仅有几家公司完成了样机研制，在工程上没有广泛的运用成功案例，价格昂贵，技术不成熟。近年来，多种具备直流故障自清除能力的新型子模块拓扑被提出，被认为是最具有潜力的直流侧短路故障故障解决方案。很多改进型子模块拓扑无一例外都是单一故障闭锁模式实现直流故障抑制，系统闭锁是最简单、快速的直流故障清除策略，但长时间闭锁可能会导致电容电压发散，造成交流断路器动作。发生瞬时性故障时，非闭锁下阻断故障电流，避免换流器闭锁后的电容电压发散，是一个比较好的直流故障清除方式。基于全桥FBSM的MMC不仅具有直流故障阻断功能，还具有故障电流非闭锁抑制功能，而且还具有利用FBSM的负电压状态扩展交流侧输出电压范围的优势，但相对半桥所需功率器件较多。

电容电压的均衡控制问题是MMC研究关键技术之一，分散在子模块中的电容电压为直流侧电压提供了支撑，子模块电容电压均衡控制是MMC换流器稳定运行的重要前提。传统的均压控制方法，其原理简单，电容电压均衡控制效果比较好，但随着子模块数量的增加，其排序算法的计算量增大，导致控制器负担过重，另一方面电容电压微小的波动也会导致子模块反复投切，使得开关频率较高，进一步造成较高的开关损耗，降低了MMC运行的经济性

为了提高MMC-HVDC的运行稳定性，非常有必要研究具体涉及一种具备直流故障清除能力的模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，具备非闭锁模式和闭锁模式下的直流故障自清除能力，故障清除速度较快。

本发明的技术方案是：一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，其特征在于：包括MMC子模块拓扑，MMC子模块拓扑包括子模块输出端，子模块输出端为电压正极输出端与电压负极输出端，MMC子模块拓扑还包括结构相同的左右两个半桥，左右半桥都是在半桥HBSM子模块的结构上加了一个双向开关，将半桥原来的一个电容拆分成两个电容，两者通过开关组S₇和S₈相连，整体构成一个功能类似全桥(Full Bridge Sub-module， FBSM)又优于全桥的子模块拓扑。