[发明专利]一种具有直流故障自清除能力的MMC变压器及其自清障方法

说明书

本申请公开了一种具有直流故障自清除能力的MMC变压器，包括换流器、电流转移支路和晶闸管支路，换流器由六个桥臂组成，包括A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂，换流器每相由上下两个桥臂构成；所述电流转移支路连接在B相上桥臂子模块单元正极端和C相上桥臂子模块单元正极端之间，晶闸管支路的阳极端与B相上桥臂子模块和桥臂电抗单元的公共端相连。具有以下优点：该拓扑通过附加支路间的配合，能快速地清除直流线路短路故障，具有使用器件少、控制简单的优点。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种具有直流故障自清除能力的改进型半全式MMC电力电子变压器拓扑。

背景技术

近年来，模块化多电平换流器MMC因具备谐波特性优良、传输效率高、可拓展性好等优势在柔性直流输电领域得到广泛应用。直流侧短路故障是MMC应用到柔性直流系统时的关键问题，其关乎着换流器的安全可靠运行。半桥型MMC无法像传统直流输电一样依靠换流器自身的控制来清除短路故障，在实际工程应用中必须依靠交/直断路器实现故障的切除。然而交流断路器因响应速度慢且系统恢复时间长、直流断路器技术不成熟且成本过高，限制了柔性直流技术在输配电领域的进一步推广应用。

除上述两种技术路线外，还可通过改进MMC拓扑结构使之具备直流故障自清除能力。一种改进方案为子模块层面，即用具备故障自清除能力的子模块来代替半桥子模块，如类全桥子模块（uFBSM）、钳位双子模块（CDSM）等，但是这些故障自清除型子模块在半桥子模块的基础上增加了较多的开关器件，换流器的设备成本与运行损耗过大；另一种改进方案为换流器层面，即子模块拓扑仍采用半桥结构，通过附加开关支路来使得换流器具备故障自清除能力，如申请号为CN201810945767.X的专利和申请号为CN201810970886.0的专利，但是两者均存在附加支路过多的问题，仍可进一步减少开关器件数量。

明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种具有直流故障自清除能力的MMC变压器，该拓扑通过附加支路间的配合，能快速地清除直流线路短路故障，具有使用器件少、控制简单的优点。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有直流故障自清除能力的MMC变压器，包括换流器、电流转移支路和晶闸管支路，换流器由六个桥臂组成，包括A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂，换流器每相由上下两个桥臂构成；

所述电流转移支路连接在B相上桥臂子模块单元正极端和C相上桥臂子模块单元正极端之间，晶闸管支路的阳极端与B相上桥臂子模块和桥臂电抗单元的公共端相连。

进一步的，所述A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂均由桥臂子模块单元和桥臂电抗单元串联而成。

进一步的，所述A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂的由桥臂子模块单元和桥臂电抗单元均有一个正极端和负极端。

进一步的，所述电流转移支路由一个绝缘栅双极型晶体管和若干个双向晶闸管组串联组成，晶闸管支路由若干个单向晶闸管串联组成。

进一步的，所述C相上桥臂的子模块单元由类全桥子模块构成，其余桥臂的子模块单元均由半桥子模块构成。

进一步的，每个类全桥子模块含有三种模态：第一种模态为工作模态，全桥子模块在工作模态下电流为正时，桥臂电流对子模块单元电容充电，全桥子模块在工作模态下电流为负时，桥臂电流对桥臂的子模块单元电容放电，子模块单元能够输出电容器两端电压；第二种模态为旁路模态，子模块单元电容被旁路，因此子模块单元输出电压为零；第三种模态为闭锁模态，子模块单元电容被串入故障电流回路中来吸收故障能量。

一种具有直流故障自清除能力的MMC变压器的自清障方法，包括以下步骤：