本发明专利技术涉及一种模块化多电平换流器和一种混合双子模块。模块化多电平换流器包括3相6桥臂，每个桥臂由n个子模块级联构成，至少一个子模块为混合双子模块，该混合双子模块包括4个功率模块：T1、T2、T3、T4和2个电容：C1、C2，T1的阳极连接T4的阳极，T2的阴极连接T3的阴极，T1的阴极连接T2的阳极，T4的阴极通过电容C2连接T3的阳极，T1和T4的连接点与T2和T3的连接点之间连接电容C1，T1和T2的连接点为混合双子模块的一个端口，C2和T4的连接点为混合双子模块的另一个端口。一个混合双子模块能够同时替代两个半桥子模块，而且，其具备全桥子模块的负电压特性，该混合双子模块能够提高直流电压利用率，提升系统的容量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模块化多电平换流器和一种混合双子模块，属于电力系统柔性直 流输配电、电力电子和用户电力
技术介绍
模块化多电平换流器（MMC)已经成功地应用在大功率换流器中，主要是应用 在高压直流（HVDC)输电领域。与传统两、三电平电压源换流器高压直流输电（Voltage Source Converter based HVDC，VSC-HVDC)相比而言，模块化多电平换流器高压直流输电 (MMC-HVDC)有诸多优点：交流侧和直流侧能够进行完全控制，直流母线无需安装电容器， 电力电子设备在故障后具有冗余运行能力，无需安装交流滤波器等等。由于MMC的独特优 点，MMC-HVDC已成为未来HVDC领域的发展趋势。 直流短路故障是MMC-HVDC系统最为常见的一种故障，基于半桥式子模块的MMC换 流器在直流双极短路故障时无法通过闭锁子模块IGBT来切断交流系统向直流短路点的馈 能回路，必须快速跳开交流断路器或直流隔离开关以清除故障电流，这不仅增加了系统成 本，提高了对设备的技术要求，同时也降低了系统投运率，减慢了故障恢复速度。 目前工程上大多采用制造难度大、成本高的直流电缆敷设线路以降低直流故障发 生率，但并不能从根本解决半桥式MMC换流器对直流故障的处理失效问题。鉴于此，通过换 流器自身控制实现故障电流自清除成为一种最经济有效的方法，也使得寻找具有直流故障 穿越能力的换流器拓扑成为研宄趋势。 目前具有穿直流故障穿越能力的MMC子模块拓扑有全桥子模块、钳位双子模块 等，如图1所示，图1-1为半桥子模块，图1-2为全桥子模块，图1-3为钳位双子模块。其 中，全桥子模块式MMC除直流故障穿越能力外，还因子模块负电压特性能提高直流电压利 用率，从而提升系统容量；钳位双子模块式MMC则具有较全桥子模块更少的器件数，经济性 更高，但子模块不具备提升系统容量的能力。比如说，申请号为201410558336、专利技术名称为 《具备直流故障穿越能力的混合子模块式MMC换流器》的中国专利申请公开了一种MMC换流 器，包括三相共6个桥臂，每个桥臂均由m个半桥式子模块，n个全桥式子模块以及1个钳 位双子模块级联构成。但是由于现有的三种子模块均具有一定的局限性或者说是缺陷，所 以，非常有必要提出一种包含新型MMC子模块的MMC换流器，使MMC换流器兼具器件少、容 量高与直流故障穿越功能等优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模块化多电平换流器，用以解决现有的MMC换流器由于 子模块具有的缺陷而不能同时兼具器件少、容量高与直流故障穿越功能等优势的问题。 为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种模块化多电平换流器，包括3相，每相由 上、下两个桥臂组成，每个桥臂由n个子模块级联构成，所述模块化多电平换流器中的子模 块中，至少一个子模块为混合双子模块，所述混合双子模块包括4个功率模块：Tl、T2、T3、 T4和2个电容：C1、C2,所述Tl的阳极连接所述T4的阳极，所述T2的阴极连接T3的阴极， 所述Tl的阴极连接所述T2的阳极，所述T4的阴极通过所述电容C2连接所述T3的阳极， 所述Tl和T4的连接点与所述T2和T3的连接点之间连接所述电容C1，所述Tl和T2的连 接点为所述混合双子模块的一个端口，所述C2和T4的连接点为所述混合双子模块的另一 个端口。 所述功率模块为IGBT模块，所述功率模块的阳极为IGBT模块的集电极，所述功率 模块的阴极为IGBT模块的发射极。 每个所述功率模块均反向并联一个二极管。 一种混合双子模块，所述混合双子模块包括4个功率模块：!1、12、13、14和2个电 容：CI、C2，所述T1的阳极连接所述T4的阳极，所述T2的阴极连接T3的阴极，所述T1的阴 极连接所述T2的阳极，所述T4的阴极通过所述电容C2连接所述T3的阳极，所述Tl和T4 的连接点与所述T2和T3的连接点之间连接所述电容C1，所述Tl和T2的连接点为所述混 合双子模块的一个端口，所述C2和T4的连接点为所述混合双子模块的另一个端口。 所述功率模块为IGBT模块，所述功率模块的阳极为IGBT模块的集电极，所述功率 模块的阴极为IGBT模块的发射极。 每个所述功率模块均反向并联一个二极管。 本专利技术提供的新型混合双子模块由4个功率模块和2个模块电容构成，该混合双 子模块具有两种工作模式：正常运行模式和闭锁模式，在正常运行模式下，该混合双子模块 能够输出4种电压，分别为两倍电容电压、电容电压、零电压和负向电容电压。由于一个该 混合双子模块能够输出两倍的电容电压，所以一个混合双子模块相当于两个半桥子模块， 其能够同时替代两个半桥子模块。而且，由于该混合双子模块能够输出负向的电压，其具备 全桥子模块的负电压特性，所以该混合双子模块能够提高直流电压利用率，提升系统的容 量。 -个混合双子模块能够同时实现了全桥子模块和半桥子模块的全部能够，但是， 该混合双子模块只包含4个功率模块和2个模块电容，而一个全桥子模块和一个半桥子模 块中的元器件加一起为6个功率模块和2个模块电容，所以，混合双子模块以较少的器件实 现了相同的功能，节约了成本。 所以，基于该混合双子模块的MMC兼具器件少、容量高与直流故障穿越功能等优 势。 混合双子模块内部的两个电容器，可以根据需要合理配置这两个电容电压为不同 值。该方式下，能够有效扩展MMC的应用范围，例如合理配置子模块中的两个电容电压以实 现该MMC提高调制度的同时具备STATCOM运行故障穿越能力。 还有就是，MMC中的子模块可以全部是本专利技术提供的混合双子模块，还可以是以 下情况:MMC中的桥臂由混合双子模块与其他一种或者几种现有子模块级联构成，那么，该 MMC为混合式MMC换流器。该混合式MMC换流器按照实际情况进行拓展时具有广泛的应用， 如提高调制度的同时具备STATCOM运行故障穿越能力、节约系统硬件成本等。【附图说明】 图1-1是现有半桥MMC子模块的结构图； 图1-2是现有全桥MMC子模块的结构图； 图1-3是现有钳位双子模块的结构图； 图2是本专利技术提供的混合双子模块及其组成的MMC的结构示意图； 图3是混合双子模块的近似构成连接图； 图4-1是混合子模块正常工作模式下的第一种工作状态示意图； 图4-2是混合子模块正常工作模式下的第二种工作状态示意图； 图4-3是混合子模块正常工作模式下的第三种工作状态示意图； 图4-4是混合子模块正常工作模式下的第四种工作状态示意图； 图5-1是混合子模块闭锁模式下的其中一种工作状态不意图； 图5-2是混合子模块闭锁模式下的另一种工作状态示意图； 图6是换流器直流故障时的闭锁原理图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。 模块化多电平换流器实施例 如图2所示的模块化多电平换流器，包括3相，每相由上、下两个桥臂组成，每个桥 臂由n个子模块级联构成，在该模块化多电平换流器中的子模块中，至少一个子模块为混 合双子模块，该混合双子模块包括4个IGBT模块：Tl、T2、T3、T4和2个电容：C1、C2, Tl的 集电极连接T4的集电极，T2的发射极连接T3的发射极，Tl的发射极连接T2的集电极，T4 的发射极通过电容C2连接T3的集电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模块化多电平换流器，包括3相，每相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂由n个子模块级联构成，其特征在于，所述模块化多电平换流器中的子模块中，至少一个子模块为混合双子模块，所述混合双子模块包括4个功率模块：T1、T2、T3、T4和2个电容：C1、C2，所述T1的阳极连接所述T4的阳极，所述T2的阴极连接T3的阴极，所述T1的阴极连接所述T2的阳极，所述T4的阴极通过所述电容C2连接所述T3的阳极，所述T1和T4的连接点与所述T2和T3的连接点之间连接所述电容C1，所述T1和T2的连接点为所述混合双子模块的一个端口，所述C2和T4的连接点为所述混合双子模块的另一个端口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，吴金龙，杨美娟，李道洋，刘欣和，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，国网湖北省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41
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