双向故障电流阻断MMC子模块及具有该子模块的换流器制造技术

本实用新型专利技术提供一种双向故障电流阻断MMC子模块及具有该子模块的换流器，通过减少器件个数或降低器件额定电压来提高系统的经济性。本实用新型专利技术的双向故障电流阻断MMC子模块由5个开关单元，2个电容器及相应的导线构成，其中每个开关单元结构相同，均由1个全控型电力电子器件和1个对应的二极管反并联构成；本实用新型专利技术的具有双向故障电流阻断MMC子模块的换流器由对称的三相结构构成，且每一相的上、下桥臂均由2个以上双向故障电流阻断MMC子模块与电感串联而成。本实用新型专利技术的双向故障电流阻断MMC子模块及具有该子模块的换流器应用于直流输电系统中，在直流侧发生单极短路故障或双极短路故障时均可阻断故障电流，提高了系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】
双向故障电流阻断MMC子模块及具有该子模块的换流器
本技术涉及一种MMC子模块。特别是涉及一种双向故障电流阻断MMC子模块及具有该子模块的换流器。
技术介绍
柔性直流输电技术不仅可以实现有功功率和无功功率的独立控制，还同时具备易于潮流翻转、建设成本低、输出波形质量高等优点。该技术可有效解决新能源的并网难题，实现可再生能源的充分利用。适用于柔性直流输电系统的换流器主要有两电平、三电平和模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)，其中，MMC凭借耐高压、损耗小、易拓展、制造难度低等优点得到了广泛应用。柔性直流输电示范工程通常采用在地下敷设电缆和架空线路的输电方式，无论采用哪种输电方式，均不可避免会发生直流短路故障，而由直流故障引起的过电流则会严重影响到MMC器件的性能和寿命，因此，直流故障是MMC系统必须解决的关键问题。目前MMC系统通常采用三种方式清除故障电流，即：交流断路器、直流断路器和具备故障阻断能力的MMC子模块拓扑。其中，交流断路器响应时间和重启时间较长，不适用于瞬时短路故障。ABB公司研制的直流断路器可以快速清除直流故障，但该设备造价较高，将其工程化应用还需进一步的改进。为了克服断路器的缺陷，可以采用具有直流故障清除能力的MMC子模块拓扑，常见的具备故障电流阻断能力的子模块拓扑有全桥子模块和钳位双子模块。全桥子模块的开关管个数为半桥子模块的两倍，建设成本较高且运行损耗大；钳位双子模块可输出3电平，器件个数少于全桥子模块，但输出单位电平时仍比半桥子模块多增加了1.5个二极管和0.5个开关管，且其控制较为复杂。基于半桥子模块和全桥子模块混合级联结构可使MMC具备了故障清除能力并减少了开关管数量，但和钳位双子模块相比，其器件个数并没有明显降低。现有具备故障电流阻断能力的MMC子模块器件个数的增多带来MMC成本的成倍增长，不利于经济效益的提高。鉴于上述问题，研究一种成本低的具备故障电流阻断能力的MMC子模块拓扑，对于系统的安全性和经济性有着重要意义。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，提供一种在可阻断故障电流并且能够克服现有技术由于器件数目和电气应力所造成的成本高的缺陷的双向故障电流阻断MMC子模块及具有该子模块的换流器。本技术所采用的技术方案是：一种双向故障电流阻断MMC子模块包括依次串联连接的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5，所述第一开关K1的另一端连接第一电容C1的一端，所述第一开关K1与第二开关K2相连的交点连接第二电容C2的一端，所述第三开关K3与第四开关K4相连的交点连接第二电容C2的另一端，所述第四开关K4与第五开关K5相连的交点连接第一电容C1的另一端，所述第五开关K5的另一端构成双向故障电流阻断MMC子模块的负极，所述第二开关K2与第三开关K3相连的交点构成双向故障电流阻断MMC子模块的正极。所述的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5结构相同，均是由一个全控型电力电子器件T1/T2/T3/T4/T5对应与一个二极管D1/D2/D3/D4/D5反并联连接构成，即，所述全控型电力电子器件T1/T2/T3/T4/T5的漏极对应连接二极管D1/D2/ID3/D4/D5的负极，所述全控型电力电子器件T1/T2/T3/T4/T5的源极对应连接二极管D1/D2/D3/D4/ID5的正极，其中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4均是前一个开关K1/K2/K3中的全控型电力电子器件T1/T2/T3的源极和二极管D1/D2/D3的正极共同连接下一个开关K2/K3/K4中的全控型电力电子器件T2/T3/T4的漏极和二极管D2/D3/D4的负极，且第一开关K1中的第一全控型电力电子器件T1的漏极和第一二极管D1的负极共同连接第一电容C1的一端，而第五开关K5中的第五全控型电力电子器件T5的源极和第五二极管D5的正极共同连接上一个开关即第四开关K4中的第四全控型电力电子器件T4的源极和第四二极管D4的正极，所述第五全控型电力电子器件T5的漏极和第五二极管D5的负极共同构成双向故障电流阻断MMC子模块的负极。本技术中所述的全控型电力电子器件T1/T2/T3/T4/T5，是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，或集成门极换流晶闸管(IGCT)，或门极可关断晶闸管(GTO)，或电子注入增强栅晶体管(IEGT)。所述的具有双向故障电流阻断MMC子模块的换流器，包括有相并联的A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂，所述的A相桥臂是由A相上桥臂和A相下桥臂串联连接构成，所述A相上桥臂远离A相下桥臂的一端连接直流母线的正极，所述A相下桥臂远离A相上桥臂的一端连接直流母线负极，所述A相上桥臂和A相下桥臂相连的交点引出三相电源的a相，所述的B相桥臂是由B相上桥臂和B相下桥臂串联连接构成，所述B相上桥臂远离B相下桥臂的一端连接直流母线的正极，所述B相下桥臂远离B相上桥臂的一端连接直流母线负极，所述B相上桥臂和B相下桥臂相连的交点引出三相电源的b相，所述的C相桥臂是由C相上桥臂和C相下桥臂构成，所述C相上桥臂远离C相下桥臂的一端连接直流母线的正极，所述C相下桥臂远离C相上桥臂的一端连接直流母线负极，所述C相上桥臂和C相下桥臂相连的交点引出三相电源的c相，其特征在于，所述的A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂结构相同，均是由2个以上的双向故障电流阻断MMC子模块和一个电感(L1/L4/L2/L5/L3/L6)串联连接构成，每一个双向故障电流阻断MMC子模块均包括：包括依次串联连接的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5，所述第一开关K1的另一端连接第一电容C1的一端，所述第一开关K1与第二开关K2相连的交点连接第二电容C2的一端，所述第三开关K3与第四开关K4相连的交点连接第二电容C2的另一端，所述第四开关K4与第五开关K5相连的交点连接第一电容C1的另一端，所述第五开关K5的另一端构成双向故障电流阻断MMC子模块的负极，所述第二开关K2与第三开关K3相连的交点构成双向故障电流阻断MMC子模块的正极。所述的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5结构相同，均是由一个全控型电力电子器件T1/T2/T3/T4/T5对应与一个二极管D1/D2/D3/D4/D5反并联连接构成，即，所述全控型电力电子器件T1/T2/T3/T4/T5的漏极对应连接二极管D1/D2/D3/D4/D5的负极，所述全控型电力电子器件T1/T2/T3/T4/T5的源极对应连接二极管D1/D2/D3/D4/D5的正极，其中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4均是前一个开关K1/K2/K3中的全控型电力电子器件T1/T2/T3的源极和二极管D1/D2/D3的正极共同连接下一个开关K2/K3/K4中的全控型电力电子器件T2/T3/T4的漏极和二极管D2/D3/D4的负极，且第一开关K1中的第一全控型电力电子器件T1的漏极和第一二极管D1的负极共同连接第一电容C1的一端，而第五开关K5中的第五全控型电力电子器件T5的源极和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向故障电流阻断MMC子模块，其特征在于，包括依次串联连接的第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)、第四开关(K4)和第五开关(K5)，所述第一开关(K1)的另一端连接第一电容(C1)的一端，所述第一开关(K1)与第二开关(K2)相连的交点连接第二电容(C2)的一端，所述第三开关(K3)与第四开关(K4)相连的交点连接第二电容(C2)的另一端，所述第四开关(K4)与第五开关(K5)相连的交点连接第一电容(C1)的另一端，所述第五开关(K5)的另一端构成双向故障电流阻断MMC子模块的负极，所述第二开关(K2)与第三开关(K3)相连的交点构成双向故障电流阻断MMC子模块的正极。

【技术特征摘要】
1.一种双向故障电流阻断MMC子模块，其特征在于，包括依次串联连接的第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)、第四开关(K4)和第五开关(K5)，所述第一开关(K1)的另一端连接第一电容(C1)的一端，所述第一开关(K1)与第二开关(K2)相连的交点连接第二电容(C2)的一端，所述第三开关(K3)与第四开关(K4)相连的交点连接第二电容(C2)的另一端，所述第四开关(K4)与第五开关(K5)相连的交点连接第一电容(C1)的另一端，所述第五开关(K5)的另一端构成双向故障电流阻断MMC子模块的负极，所述第二开关(K2)与第三开关(K3)相连的交点构成双向故障电流阻断MMC子模块的正极。2.根据权利要求1所述的双向故障电流阻断MMC子模块，其特征在于，所述的第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)、第四开关(K4)和第五开关(K5)结构相同，均是由一个全控型电力电子器件(T1/T2/T3/T4/T5)对应与一个二极管(D1/D2/D3/D4/D5)反并联连接构成，即，所述全控型电力电子器件(T1/T2/T3/T4/T5)的漏极对应连接二极管(D1/D2/D3/D4/D5)的负极，所述全控型电力电子器件(T1/T2/T3/T4/T5)的源极对应连接二极管(D1/D2/D3/D4/D5)的正极，其中，第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)和第四开关(K4)均是前一个开关(K1/K2/K3)中的全控型电力电子器件(T1/T2/T3)的源极和二极管(D1/D2/D3)的正极共同连接下一个开关(K2/K3/K4)中的全控型电力电子器件(T2/T3/T4)的漏极和二极管(D2/D3/D4)的负极，且第一开关(K1)中的第一全控型电力电子器件(T1)的漏极和第一二极管(D1)的负极共同连接第一电容(C1)的一端，而第五开关(K5)中的第五全控型电力电子器件(T5)的源极和第五二极管(D5)的正极共同连接上一个开关即第四开关(K4)中的第四全控型电力电子器件(T4)的源极和第四二极管(D4)的正极，所述第五全控型电力电子器件(T5)的漏极和第五二极管(D5)的负极共同构成双向故障电流阻断MMC子模块的负极。3.根据权利要求2所述的双向故障电流阻断MMC子模块，其特征在于，所述的全控型电力电子器件(T1/T2/T3/T4/T5)是绝缘栅双极型晶体管，或是集成门极换流晶闸管，或是门极可关断晶闸管，或是电子注入增强栅晶体管。4.一种具有权利要求1所述的双向故障电流阻断MMC子模块的换流器，包括有相并联的A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂，所述的A相桥臂是由A相上桥臂(1)和A相下桥臂(4)串联连接构成，所述A相上桥臂(1)远离A相下桥臂(4)的一端连接直流母线的正极，所述A相下桥臂(4)远离A相上桥臂(1)的一端连接直流母线负极，所述A相上桥臂(1)和A相下桥臂(4)相连的交点引出三相电源的a相，所述的B相桥臂是由B相上桥臂(2)和B相下桥臂(5)串联连接构成，所述B相上桥臂(2)远离B相下桥臂(5)的一端连接直流母线的正极，所述B相下桥臂(5)远离B相上桥臂(2)的一端连接直流母线负极，所述B相上...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟明，苏亚慧，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：新型
国别省市：河北,13