[发明专利]模块化多电平换流器MMC的改进拓扑结构及换流站

说明书

本申请公开了一种模块化多电平换流器的改进拓扑结构及换流站，相对现有技术，本申请的改进拓扑结构还包括：直流侧阻尼支路、分断支路和多个桥臂阻尼支路；直流侧阻尼支路连接在拓扑结构的两个直流端口的正负极之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收直流故障电流；分断支路连接在各桥臂的直流端并联点与拓扑结构的一个直流端口之间，用于在发生直流短路故障的情况下，切断各相单元与直流端口之间的电连接；桥臂阻尼支路串联在每个桥臂中的子模块组与电感之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收电感产生的放电电流。本申请有效抑制和清除了直流侧故障电流，且控制简单，稳态运行损耗小、投资成本低、适用范围广。

技术领域

本申请涉及电力传输技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器MMC 的改进拓扑结构及换流站。

背景技术

面对日益严重的环境污染和能源短缺问题，21世纪以来，世界各国积极推出一系列支持低碳环保项目的经济政策，鼓励风力发电、光伏发电、水力发电、储能技术等各种可再生能源开发，实现经济的可持续健康发展。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current，MMC-HVDC)由于其自身拓扑的优势，相比于传统电网换相换流器(Line Commutated Converter，LCC)在清洁能源并网发电领域具有十分广泛的应用。

MMC-HVDC是一个“低惯量”系统，直流侧双极短路故障是MMC-HVDC 最严重的故障情形之一，故障发生后的过流保护导致绝缘栅双极型晶体管 (Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)闭锁，但反并联的二极管仍会提供电流通路，电网仍然不断向直流侧馈入电流，直流侧类似处于三相短路状态，直流系统阻尼过低且直流电流没有过零点，一旦发生直流侧短路故障，电流上升率很高，可达几千A/ms，故障电流清除难度大，直流侧短路故障将导致系统面临严峻的过电流考验。

现有技术中，实现清除永久性直流侧短路故障的方法主要有：打开交流侧断路器(AC Circuit Breaker，ACCB)、采用直流断路器(DC Circuit Breaker， DCCB)，以及在HVDC换流站中嵌入具有直流侧故障穿越能力的子模块等。但上述方法都存在着很多不足之处，如ACCB即时性不够，故障发生数十毫秒后才能触发断路器动作，在这期间系统处于不控整流状态，系统需要承受很大的故障电流。又如DCCB方法中，机械式断路器故障分断速度慢，不符合直流电网快速隔离故障的要求；且运行损耗大，工程造价高；复杂度和控制难度也都比较高。而嵌入具有直流侧故障穿越能力的子模块虽然通过自身拓扑的改进具备了故障穿越能力，但这会显著增加器件成本和功率损耗。

发明内容

本申请实施例提供了一种模块化多电平换流器MMC的改进拓扑结构及换流站，通过对MMC的拓扑结构进行改进，以克服或部分克服上述问题。

第一方面，本申请提供了一种模块化多电平换流器MMC的改进拓扑结构，包括交流端口、直流端口和多个相单元，每个相单元包括上下两个桥臂，每个桥臂包括子模块组和电感，所述拓扑结构的交流端口分别基于各桥臂的交流端实现，该拓扑结构还包括：

直流侧阻尼支路、分断支路和多个桥臂阻尼支路；

直流侧阻尼支路连接在拓扑结构的两个直流端口的正负极之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收直流故障电流；

分断支路连接在各桥臂的直流端并联点与拓扑结构的一个直流端口之间，用于在发生直流短路故障的情况下，切断各相单元与直流端口之间的电连接；

桥臂阻尼支路串联在每个桥臂中的子模块组与电感之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收电感产生的放电电流。

可选的，在上述MMC的改进拓扑结构中，直流侧阻尼支路包括第一二极管和第一电阻，所述第一二极管的阳极连接所述第一电阻的一端；