[发明专利]一种多电平拓扑及其故障保护控制方法、新能源发电系统

说明书

本发明提供一种多电平拓扑及其故障保护控制方法、新能源发电系统，该多电平拓扑中：其母线单元的两端分别与功率单元的两端相连；母线单元的中点与功率单元的中点相连；功率单元中，其多电平单元的两端作为功率单元两端；多电平单元的输出端直接或间接通过电抗器连接功率单元的输出端；多电平单元的中点直接或间接连接功率单元的中点；保护电路，用于在多电平拓扑中电网能量向母线单元倒灌的故障时，禁止电网能量向母线单元倒灌；从而通过在功率单元中设置保护电路，以使在多电平单元出现短路故障时，通过该保护电路阻断短路故障时的电流路径，可有效避免故障进一步扩大，造成严重系统故障；同时，其硬件拓扑简单，控制相对简单，软件容易处理。

技术领域

本发明属于多电平拓扑技术领域，更具体的说，尤其涉及一种多电平拓扑及其故障保护控制方法、新能源发电系统。

背景技术

三电平拓扑结构具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点，使得三电平技术在新能源领域得到了广泛的应用，尤其在风电变流器与光伏逆变器上。目前，风电变流器多使用三电平拓扑结构多为NPC1型和ANPC型两种，ANPC型为NPC1型的改进型，两种拓扑结构在正常使用中都能达到不错的效果。但是实际应用中，经常会出现变流器模组IGBT因过压、过流、过温等炸毁的情况，导致的原因有很多，如换流回路杂感大导致的关断尖峰电压超限、多并联桥臂不均流或散热不好导致过热、运行久了器件老化等。

现在针对各种失效现象也做了许多辅助型保护措施，如短路保护、过温保护、软关断等，这些保护在实验室模拟都能起到不错的效果，如在现场运行时虽然能够检测到故障但无法快速、有效切除故障，以使电网向母线回馈能量会导致故障扩大化，以至于出现炸机的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多电平拓扑及其故障保护控制方法、新能源发电系统，用于在多电平单元出现短路故障时，通过该保护电路阻断短路故障时的电流路径。

本申请第一方面公开了一种多电平拓扑，包括：母线单元和至少两个功率单元；

所述母线单元的两端分别与所述功率单元的两端相连；

所述母线单元的中点与所述功率单元的中点相连；

所述功率单元包括：保护电路、多电平单元和电抗器；

所述多电平单元的两端作为所述功率单元两端；所述多电平单元的输出端直接或间接通过所述电抗器连接所述功率单元的输出端；所述多电平单元的中点直接或间接连接所述功率单元的中点；

所述保护电路，用于在所述多电平拓扑中电网能量向母线单元倒灌的故障时，禁止所述电网能量向所述母线单元倒灌。

可选的，所述保护电路设置于所述多电平单元的中点与所述母线单元的中点之间。

可选的，所述保护电路设置于所述多电平单元的输出端与所述电抗器之间。

可选的，所述保护电路包括：至少一个可控开关。

可选的，在所述保护电路中所述可控开关的数量为至少两个时，各个所述可控开关采用串联连接和/或并联连接。

可选的，所述多电平单元为三电平单元。

可选的，所述三电平单元，包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；

所述第一开关管的第一端作为所述三电平单元的一端，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端相连；所述第二开关管的第二端与所述第三开关管的第一端相连，连接点作为所述三电平单元的输出端；所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，所述第四开关管的第二作为所述三电平单元的另一端；