具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器，属于电气自动化设备领域。包括三台上换流臂、三台下换流臂、第一组三台滤波电抗器和第二组三台滤波电抗器。三台上换流臂的三个正极端连接到一起后作为多电平换流器的直流正极端，三个负极端连接到第一组三台滤波电抗器的一端，其另一端作为多电平换流器的三相交流相线端；三台下换流臂的三个负极端连接到一起后作为多电平换流器的直流负极端，三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，其另一端分别连接到多电平换流器的三相交流相线端。本实用新型专利技术的多电平换流器可以快速清除直流短路故障，促进直流短路电流的熄弧，并降低换流器整体成本和运行损耗。

Mixed modular multilevel converter with function of clearing DC short-circuit fault

The utility model relates to a mixed modular multilevel converter with the function of clearing the DC short-circuit fault, belonging to the field of electrical automation equipment. It includes three upper commutation arm, three lower converter arm, the first group of three filter reactors and second sets of three filter reactors. The three stage converter arm three is connected to the extreme DC as the multilevel converter is extreme, three negative terminal is connected to the end of the first group of three Taiwan filter reactor, while the other end is the multilevel converter with three-phase AC phase ends; three negative extreme flow arm three the station is connected to the DC negative extreme together as a multilevel converter, one end of three positive end are respectively connected to the second group of three Taiwan filter reactor, and the other end is respectively connected to the multilevel converter with three-phase AC phase end. The multilevel converter of the utility model can quickly eliminate the DC short-circuit fault, promote the arc extinguishing of the DC short-circuit current, and reduce the overall cost and the running loss of the converter.

【技术实现步骤摘要】
具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器
本技术涉及一种具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器，属于电气自动化设备领域。
技术介绍
模块化多电平电压源变流器在实现架空线直流输电时，需解决直流侧短路的保护问题。目前常用的方法有：1)模块化多电平功率模块(MMC功率模块)桥臂下管反并联可控硅，利用该可控硅来承受大的短路电流，并等待交流侧开关跳闸；2)采用钳位双子模块(CDSM)中的保护IGBT来实现直流短路电流的快速关断；3)采用全桥(H桥)子模块中的保护IGBT来实现直流短路电流的快速关断。CDSM虽然可以将直流侧短路电流关断到零，但无法形成反向直流电压以进一步达成直流短路电流的熄弧。全桥子模块可以将直流侧短路电流关断到零，也可以形成反向直流电压以进一步达成直流短路电流的熄弧，但如果全部都使用全桥子模块会导致换流器整体成本高，损耗大。因此，需要一种成本较低且运行损耗较小的具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器，以克服现有技术之不足，上下换流臂各使用部分全桥子模块及部分常规MMC功率模块构成混合模块化多电平换流器来实现直流短路故障的清除，降低变流器整体成本并降低运行损耗。本技术提出的具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器，包括三台上换流臂、三台下换流臂、第一组三台滤波电抗器和第二组三台滤波电抗器；所述的三台上换流臂的三个正极端连接到一起后作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流正极端，三台上换流臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，第一组三台滤波电抗器的另一端分别作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端；三台下换流臂的三个负极端连接到一起后作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流负极端，三台下换流臂的三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端。上述的具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器中，所述的上换流臂和下换流臂，分别包括多个A型功率模块以及多个B型功率模块，多个A型功率模块和多个B型功率模块采用串联连接形成一个正极端和一个负极端。上述的上换流臂和下换流臂中的A型功率模块，包括第一直流电容器C1、第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第一直流放电可控硅K1及第一直流放电电阻R1；所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3和第四半导体开关S4集电极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4的阴极相连接，所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3和第四半导体开关S4的发射极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4的阳极相连接；所述的第一半导体开关S1的发射极和第二半导体开关S2的集电极相连接作为A型功率模块的正极端，所述的第三半导体开关S3的发射极和所述的第四半导体开关S4的集电极相连接作为A型功率模块的负极端；所述的第一直流电容器C1的正极端与所述的第一半导体开关S1的集电极以及所述的第三半导体开关S3的集电极相连接，第一直流电容器C1的负极端与第二半导体开关S2的发射极、第四半导体开关S4的发射极以及所述的第一直流放电可控硅K1的阴极相连接；所述的第一直流放电电阻R1的一端和直流电容器C1的正极端相连接，第一直流放电电阻R1的另一端和所述的第一直流放电可控硅K1的阳极相连接。上述的上换流臂和下换流臂中的B型功率模块，包括第二直流电容器C2、第五半导体开关S5、第六半导体开关S6、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、第二直流放电可控硅K2及第二直流放电电阻R2；所述的第五半导体开关S5和第六半导体开关S6的集电极分别与所述的第五续流二极管D5的阴极和第六续流二极管D6的阴极相连接，第五半导体开关S5和第六半导体开关S6的发射极分别与所述的第五续流二极管D5的阳极和第六续流二极管D6的阳极相连接；所述的第五半导体开关S5的发射极和第六半导体开关S6的集电极相连接作为B型功率模块的正极端；所述的直流电容器C2的正极端与所述的第五半导体开关S5的集电极相连接，直流电容器C2的负极端与第六半导体开关S6的发射极相连接，作为B型功率模块的负极端。所述的第二直流放电可控硅K2的阴极与第二直流电容器C2的负极端相连接，所述的第二直流放电电阻R2的一端和第二直流电容器C2的正极端相连接，第二直流放电电阻R2的另一端和所述的第二直流放电可控硅K2的阳极相连接。本技术提出的具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器，其优点是：上下换流臂各使用部分全桥子模块及部分常规MMC功率模块构成混合模块化多电平换流器来实现直流短路故障的清除，促进直流短路电流的熄弧，降低变流器整体成本并降低运行损耗。基于本技术的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器可以应用于架空线柔性直流输电(VSC-HVDC)等。附图说明图1为本技术的具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器的电路原理图。图2为图1所示的具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器中上换流臂和下换流臂的电路原理图。图3为图2所示的上换流臂和下换流臂中A型功率模块的电路原理图。图4为图2所示的上换流臂和下换流臂中B型功率模块的电路原理图。具体实施方式本技术提出的具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器，包括三台上换流臂、三台下换流臂、第一组三台滤波电抗器和第二组三台滤波电抗器；所述的三台上换流臂的三个正极端连接到一起后作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流正极端，三台上换流臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，第一组三台滤波电抗器的另一端分别作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端；三台下换流臂的三个负极端连接到一起后作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流负极端，三台下换流臂的三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端。如图1所示，具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器包括三台上换流臂(1)、三台下换流臂(2)、两组六台滤波电抗器(3)。三台上换流臂(1)的正极端连接到一起后作为带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流正极端DC+；三台上换流臂(1)的负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器LA1、LB1、LC1的一端，LA1、LB1、LC1的另一端分别作为带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端A、B、C。三台下换流臂(2)的负极端连接到一起后作为带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流负极端DC-；三台下换流臂(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器，其特征在于，该混合模块化多电平换流器包括三台上换流臂、三台下换流臂、第一组三台滤波电抗器和第二组三台滤波电抗器；所述的三台上换流臂的三个正极端连接到一起后作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流正极端，三台上换流臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，第一组三台滤波电抗器的另一端分别作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端；三台下换流臂的三个负极端连接到一起后作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流负极端，三台下换流臂的三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端；所述的上换流臂和下换流臂，分别包括多个A型功率模块以及多个B型功率模块，多个A型功率模块和多个B型功率模块采用串联连接形成一个正极端和一个负极端；所述的上换流臂和下换流臂中，所述的A型功率模块包括第一直流电容器C1、第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第一直流放电可控硅K1及第一直流放电电阻R1，所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3和第四半导体开关S4集电极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4的阴极相连接，所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3和第四半导体开关S4的发射极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4的阳极相连接，所述的第一半导体开关S1的发射极和第二半导体开关S2的集电极相连接作为A型功率模块的正极端，所述的第三半导体开关S3的发射极和所述的第四半导体开关S4的集电极相连接作为A型功率模块的负极端，所述的第一直流电容器C1的正极端与所述的第一半导体开关S1的集电极以及所述的第三半导体开关S3的集电极相连接，第一直流电容器C1的负极端与第二半导体开关S2的发射极、第四半导体开关S4的发射极以及所述的第一直流放电可控硅K1的阴极相连接，所述的第一直流放电电阻R1的一端和直流电容器C1的正极端相连接，第一直流放电电阻R1的另一端和所述的第一直流放电可控硅K1的阳极相连接；所述的B型功率模块包括第二直流电容器C2、第五半导体开关S5、第六半导体开关S6、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、第二直流放电可控硅K2及第二直流放电电阻R2；所述的第五半导体开关S5和第六半导体开关S6的集电极分别与所述的第五续流二极管D5的阴极和第六续流二极管D6的阴极相连接，第五半导体开关S5和第六半导体开关S6的发射极分别与所述的第五续流二极管D5的阳极和第六续流二极管D6的阳极相连接，第五半导体开关S5的发射极和第六半导体开关S6的集电极相连接作为B型功率模块的正极端，所述的第二直流电容器C2的正极端与所述的第五半导体开关S5的集电极相连接，第二直流电容器C2的负极端与第六半导体开关S6的发射极相连接，作为B型功率模块的负极端，所述的第二直流放电可控硅K2的阴极与第二直流电容器C2的负极端相连接，所述的第二直流放电电阻R2的一端和第二直流电容器C2的正极端相连接，第二直流放电电阻R2的另一端和第二直流放电可控硅K2的阳极相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种具有清除直流短路故障功能的混合模块化多电平换流器，其特征在于，该混合模块化多电平换流器包括三台上换流臂、三台下换流臂、第一组三台滤波电抗器和第二组三台滤波电抗器；所述的三台上换流臂的三个正极端连接到一起后作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流正极端，三台上换流臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，第一组三台滤波电抗器的另一端分别作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端；三台下换流臂的三个负极端连接到一起后作为所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的直流负极端，三台下换流臂的三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到所述的带直流短路故障保护的混合模块化多电平换流器的三相交流相线端；所述的上换流臂和下换流臂，分别包括多个A型功率模块以及多个B型功率模块，多个A型功率模块和多个B型功率模块采用串联连接形成一个正极端和一个负极端；所述的上换流臂和下换流臂中，所述的A型功率模块包括第一直流电容器C1、第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第一直流放电可控硅K1及第一直流放电电阻R1，所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3和第四半导体开关S4集电极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4的阴极相连接，所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3和第四半导体开关S4的发射极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文华，刘志超，刘树，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，刘文华，
类型：新型
国别省市：北京,11