[发明专利]一种具备直流故障电流主动转移抑制能力的桥臂拓扑结构及MMC拓扑结构

说明书

本发明涉及一种具备直流故障电流主动转移抑制能力的桥臂拓扑结构及MMC拓扑结构，属于柔性直流输电技术领域。本发明包括A、B、C三个相单元，每一个相单元分别由上桥臂和下桥臂串联构成，每一个桥臂由N/2个半桥子模块SM和N/2个改进型半桥子模块SM_H交叉串联后再与桥臂电感L₀串联构成，晶闸管串联在半桥子模块SM的电容C的正极端与改进型半桥子模块SM_H的电容C的负极端。直流侧发生短路故障时，子模块SM和子模块SM_H接收闭锁信号，晶闸管接收导通信号，迫使故障电流通过晶闸管主动转移至子模块SM中进行故障电流自清除，从而提高了MMC的运行可靠性。

技术领域

本发明涉及一种具备直流故障电流主动转移抑制能力的桥臂拓扑结构及MMC拓扑结构，属于柔性直流输电技术领域。

背景技术

基于电网换相换流器的高压直流输电(Line Commutated Converter Based HighVoltage Direct Current，LCC-HVDC)的技术技术已经十分成熟，不但具有远距离输电、输送容量大、电压等级较高、经济性好等显著优势，还可以通过强制移相对直流侧故障电流进行清除，但LCC-HVDC所面临的主要问题是容易换相失败，尤其受端多落点受电、与弱交流系统相连，换相失败问题将更加突出，甚至导致连锁换相失败。此外，运行过程中传统直流换流站需要消耗大量的无功功率、需要配置大量滤波装置和无功补偿装置、无法向无源网络供电、无法构成直流大电网。

模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)型柔性直流输电具有无换相失败、波形质量高与灵活可控等优点，在分布式能源的消纳、直流负荷的接入、与跨区互联等方面具有广阔的运用前景。架空柔性直流输电直流侧线路发生短路故障时，其“弱阻尼、低惯性”的特点导致故障电流的上升率和幅值都较大，且故障电流没有过零点，故障清除难度比交流系统大。目前有以下几种方法可以抑制直流侧故障电流：1)跳开交流侧断路器；2)在阀侧直流线路侧安装直流断路器；3)直流侧加装限流器；4)换流器采用具备直流故障电流抑制的新型子模块。利用交流断路器隔离直流故障已在柔性直流输电工程中得到应用，但其开断及合闸速度和直流故障发展的快速性不匹配，不利于快速隔离直流故障和故障后系统快速恢复重启。直流线路侧安装直流断路器是切除直流故障最直接有效的方法，然而，直流断路器存在灭弧困难，伴随着直流电压等级的抬高，其性能要求越高，且价格昂贵，技术不成熟。加装限流器可以限制故障电流上升率，随着电感值的增大其限流能力趋于饱和。改进优化MMC拓扑以抑制直流侧短路故障电流已成为近年来的研究热点。

为了结合LCC-HVDC与MMC-HVDC各自的优势，近年来国内外学者对混合型直流输电系统做了大量的研究。整流侧由LCC构成，逆变侧由MMC构成，两者综合了LCC的技术成熟、建设成本较低及MMC的控制灵活、无换相失败的特点，极大的提高了直流输电系统的运行稳定性，其运用前景非常广阔。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具备直流故障电流主动转移抑制能力的桥臂拓扑及MMC拓扑结构，用以解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种具备直流故障电流主动转移抑制能力的桥臂拓扑结构，包括N/2个半桥子模块SM、N/2改进型半桥子模块SM_H、N/2晶闸管；

半桥子模块SM的负极引出端口B₁与改进型半桥子模块SM_H的正极引出端口A₂相连，晶闸管的阳极与半桥子模块SM的电容C₁正极电位点相连，晶闸管的阴极与改进型半桥子模块SM_H的负极引出端口B₂相连；