一种应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构制造技术

本发明专利技术提供一种应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂均包括串联的电抗器和多个子模块，每个子模块均包括彼此连接的第一半桥电路、第二半桥电路和引导晶体管，所述第一半桥电路和第二半桥电路均包括抵消电容，所述拓扑结构还包括控制单元，其用于判断系统是否出现直流故障，以及在判断系统出现直流故障时控制每个子模块的引导晶体管关断，以使故障电流流经每个子模块的第一半桥电路的抵消电容和第二半桥电路的抵消电容后流入故障点，从而抑制故障电流。本发明专利技术能够在发生直流故障时有效地减小故障电流，避免烧毁其中的电子器件。

A MMC topology applied to flexible DC transmission

The invention provides a MMC topology for HVDC flexible, including three phase units, each unit includes a bridge arm and the lower arm, upper arm and the lower bridge arm of each phase unit are including series reactors and multiple sub modules, each module includes one first half bridge circuit this connection, the second half bridge circuit and guide the transistor, the first half bridge circuit and half bridge circuit includes second offset capacitance, the topology structure also includes a control unit, which is used for judging whether the system DC fault, and the control of each module in the system to judge the DC fault when the transistor is turned off by the guide. The fault current through each module first half bridge circuit offset capacitor and the second half bridge circuit offset capacitor into the fault point, to suppress the fault current. The invention can effectively reduce the fault current when the DC fault occurs, so as to avoid burning the electronic device in the device.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构
本专利技术涉及柔性直流输配电
，具体涉及一种应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构。
技术介绍
柔性直流输电技术是构建智能电网的重要组成部分。与传统输电方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。基于电压源换流器(VSC,VoltageSourceConverter)和脉宽调制(PWM,PulseWidthModulation)技术的电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC,VoltageSourceConverterHigh-VoltageDirectCurrent)技术是当今世界电力电子技术应用领域的制高点，能有效提高电能质量并确保电网安全稳定运行，是智能电网发展中具有代表性的关键技术之一。但是，已有研究表明，尽管VSC-HVDC性能优良、运行灵活，但因其损耗较高、换流器容量限制等缺陷，使得其在较大型风电场并网中的应用并非最优方案。此时，一种新型的模块化多电平换流器(MMC,ModularMultilevelConverter)应运而生。与VSC相比，MMC具有扩展性好、谐波小、开关频率低、对器件一致触发要求少等优点，尤其适用于高压直流输电应用场合，因而得到了越来越多的关注和研究。MMC一般由多个结构相同的子模块(SM,Sub-module)级联构成。目前，用于构成MMC拓扑结构的子模块主要有H-MMC(半桥子模块)、F-MMC(全桥子模块)和C-MMC(箝位双子模块)三种。其中，半桥子模块因具有结构简单、功率器件少、控制算法易于实现、损耗小和系统效率高等优势而在换流器中得到广泛应用。但是，半桥子模块级联形成的MMC无法有效闭锁直流故障，因此，一旦发生直流故障，势必会烧毁其中的IGBT和二极管等电子器件，从而造成极大的损失。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构，能够在发生直流故障时有效地减小故障电流，避免烧毁其中的电子器件。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂均包括串联的电抗器和多个子模块，每个子模块均包括彼此连接的第一半桥电路、第二半桥电路和引导晶体管，所述第一半桥电路和第二半桥电路均包括抵消电容，所述拓扑结构还包括控制单元，其用于判断系统是否出现直流故障，以及在判断系统出现直流故障时控制每个子模块的引导晶体管关断，以使故障电流流经每个子模块的第一半桥电路的抵消电容和第二半桥电路的抵消电容后流入故障点，从而抑制故障电流。优选地，所述第一半桥电路包括晶体管VT1及与其反向并联的二极管VD1、晶体管VT2及与其反向并联的二极管VD2，以及作为抵消电容的电容C12，晶体管VT1和晶体管VT2串联，电容C12与二者并联；所述第二半桥电路包括晶体管VT3及与其反向并联的二极管VD3、晶体管VT4及与其反向并联的二极管VD4，以及作为抵消电容的电容C21，晶体管VT3和晶体管VT4串联，电容C21与二者并联；每个子模块还包括连接在第一半桥电路和第二半桥电路之间的二极管VD6；所述控制单元具体用于在判断出现直流故障时控制每个子模块的引导晶体管关断，以使故障电流依次流经每个子模块的第二半桥电路中的电容C21、二极管VD6、第一半桥电路中的电容C12后，流入故障点。进一步优选地，所述第一半桥电路还包括与电容C12串联的电容C11，且电容C11和电容C12与晶体管VT1和晶体管VT2并联；所述第二半桥电路还包括与电容C22串联的电容C21，且电容C21和电容C22与晶体管VT3和晶体管VT4并联；所述控制单元具体用于在判断出现直流故障时控制每个子模块的引导晶体管、晶体管VT1、晶体管VT2、晶体管VT3和晶体管VT4均关断，以使故障电流依次流经每个子模块的二极管VD3、电容C21、二极管VD6、电容C12和二极管VD2后，流入故障点。优选地，所述控制单元还用于在判断系统处于正常工作状态时控制每个子模块的引导晶体管始终导通。优选地，所述控制单元还用于在判断系统处于正常工作状态时，通过控制每个子模块的晶体管VT1导通或晶体管VT2导通而使电容C11和电容C12被接入系统或从系统中切除；以及通过控制每个子模块的晶体管VT3导通或晶体管VT4导通而使电容C21和电容C22被接入系统或从系统中切除。进一步优选地，所述控制单元具体用于在判断系统处于正常工作状态时，通过控制每个子模块的晶体管VT1导通、晶体管VT2关断而使电容C11和电容C12被接入系统，通过控制每个子模块的晶体管VT1关断、晶体管VT2导通而使电容C11和电容C12被从系统中切除；以及通过控制每个子模块的晶体管VT4导通、晶体管VT3关断而使电容C21和电容C22被接入系统，通过控制每个子模块的晶体管VT4关断、晶体管VT3导通而使电容C21和电容C22被从系统中切除。优选地，每个子模块还包括与所述引导晶体管反向并联的二极管VD5。优选地，每个子模块中采用的开关器件包括绝缘栅双极型晶体管。有益效果：本专利技术所述应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构采用新型子模块，在判断系统出现直流故障时控制每个子模块的引导晶体管关断，从而切断故障通路，以使得故障电流流经每个子模块的第一半桥电路的抵消电容和第二半桥电路的抵消电容后流入故障点，此时第一半桥电路的抵消电容和第二半桥电路的抵消电容能够为系统回路提供反向电压，用以抵消交流电压到故障点之间的电压差，而电压差减小，自然就抑制了回路中的故障电流，实现直流故障电流的隔离，从而能有效闭锁直流故障。因此，本专利技术所述应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构能够在发生直流故障时，自动抑制故障电流，从而保护了其中的电子器件。附图说明图1为本专利技术实施例提供的应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构的示意图；图2为本专利技术实施例提供的子模块的结构示意图；以及图3为本专利技术实施例提供的故障电流流向示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示，本专利技术实施例提供一种应用于柔性直流输电的MMC(ModularMultilevelConverter，模块化多电平换流器)拓扑结构，其包括三个相单元，分别为A相单元、B相单元和C相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂的结构相同，均包括依次串联的电抗器L和n个子模块。每个相单元的子模块的数量是由系统设计之初通过直流母线电压、电子器件耐压等级以及子模块的类型等因素共同决定的，本实施例中，每个相单元的子模块的数量N＝2n＝Udct/Udcs，其中Udct是正负直流母线之间的电压，Udcs是每个子模块的电容电压。具体地，对于A相单元的上桥臂，输出端Ag依次连接电抗器LA上、n个子模块后接入直流母线电压的正极Vdc+，其中，子模块1的输出端A与直流母线电压的正极Vdc+连接、输出端B与相邻的子模块2的输出端A连接，子模块n的输出端A与相邻的子模块(n-1)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂均包括串联的电抗器和多个子模块，其特征在于，每个子模块均包括彼此连接的第一半桥电路、第二半桥电路和引导晶体管，所述第一半桥电路和第二半桥电路均包括抵消电容，所述拓扑结构还包括控制单元，其用于判断系统是否出现直流故障，以及在判断系统出现直流故障时控制每个子模块的引导晶体管关断，以使故障电流流经每个子模块的第一半桥电路的抵消电容和第二半桥电路的抵消电容后流入故障点，从而抑制故障电流。

【技术特征摘要】
1.一种应用于柔性直流输电的MMC拓扑结构，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂均包括串联的电抗器和多个子模块，其特征在于，每个子模块均包括彼此连接的第一半桥电路、第二半桥电路和引导晶体管，所述第一半桥电路和第二半桥电路均包括抵消电容，所述拓扑结构还包括控制单元，其用于判断系统是否出现直流故障，以及在判断系统出现直流故障时控制每个子模块的引导晶体管关断，以使故障电流流经每个子模块的第一半桥电路的抵消电容和第二半桥电路的抵消电容后流入故障点，从而抑制故障电流。2.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一半桥电路包括晶体管VT1及与其反向并联的二极管VD1、晶体管VT2及与其反向并联的二极管VD2，以及作为抵消电容的电容C12，晶体管VT1和晶体管VT2串联，电容C12与二者并联；所述第二半桥电路包括晶体管VT3及与其反向并联的二极管VD3、晶体管VT4及与其反向并联的二极管VD4，以及作为抵消电容的电容C21，晶体管VT3和晶体管VT4串联，电容C21与二者并联；每个子模块还包括连接在第一半桥电路和第二半桥电路之间的二极管VD6；所述控制单元具体用于在判断出现直流故障时控制每个子模块的引导晶体管关断，以使故障电流依次流经每个子模块的第二半桥电路中的电容C21、二极管VD6、第一半桥电路中的电容C12后，流入故障点。3.根据权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一半桥电路还包括与电容C12串联的电容C11，且电容C11和电容C12与晶体管VT1和晶体管VT2并联；所述第二半桥电路还包括与电容C22串联的电容C21，且电容C21和电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：李战龙，侯丹，刘伟增，黎小林，陈名，郝翔，秦健，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安柔性输配电有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65