一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器制造技术

本实用新型专利技术提供一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器(current source modular multilevel converter,CSMMC)，主要包括：开关管1、开关管2、断路开关T1和T3，晶闸管T2，电感L，桥臂电容C。所述实用新型专利技术作为一种电流源型变换器，可以作为静止同步补偿器投入系统，发出或吸收无功功率；模块化结构易于集成，投切方便，可以接入不同电流等级和功率等级的系统。在正常工作时，本实用新型专利技术的子模块可以输出电感电流或者零电流，当故障发生时，旁路故障子模块，投入冗余子模块，增加CSMMC的安全性和实用性；在子模块足够多的情况下，输出电流的谐波含量较低，可以直接挂网运行，不需要中间的滤波环节，减少了器件的数量，节约成本。

A current source modular multilevel converter with self protection function

The utility model provides a current source module protection function of multilevel converter (current source modular multilevel converter, CSMMC), mainly including: 1, switch switch 2, circuit breakers T1 and T3, thyristor T2, inductance L, capacitance C bridge arm. The utility model is used as a current source converter, can be used as a static synchronous compensator input system, generate or absorb reactive power; modular structure, easy integration, convenient switching, the system can access the different current level and power level. In normal operation, the utility model of the sub module can output inductor current or zero current, when a fault occurs, the bypass fault sub module, input redundant sub modules, CSMMC increased the safety and utility of the sub module; a sufficient number of cases, the harmonic content of the output current is low, can be directly hung network operation, do not need to filter intermediate links, reduce the number of devices, cost savings.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及MMC变换器领域，具体涉及一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器。
技术介绍
目前在低压小功率的电能领域，电流源型变换器技术已经非常成熟，现在变换器的主要研究目标集中于高效率、高功率密度和高性能等方面。传统的较低电平数的电流源型变换器已经无法满足高压大功率的要求，在开关频率没有得到本质上突破的背景下，多电平变换器应运而生。模块化多电平变换器(modularmultilevelconverter,MMC)能够适应高压领域电压电流变换的需要，同时其输出电能质量也能得到显著改善。传统的电流源型变换器无法实现功率反向的功能，一般适用于低压小功率的场合，其功率和电流水平有限，不具有良好的扩展性；在中高压和大功率的应用场合，大量的半导体器件的串并联给某些电流源变换器拓扑结构带来了挑战。
技术实现思路
本技术提供了一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器(currentsourcemodularmultilevelconverter,CSMMC)，模块化结构易于集成，投切方便，可以接入不同的电流等级和功率等级的系统。在子模块足够多的情况下，输出电流的谐波含量较低，可以直接挂网运行，不需要中间的滤波环节，减少器件的数量。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：本技术提供了一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器，主要包括：开关管1、开关管2、断路开关T1和T3，晶闸管T2，电感L，电容C。正常工作时，本技术的子模块可以输出电感电流或者零电流，当故障发生时，旁路故障子模块，投入冗余子模块，增加CSMMC的安全性和实用性。所述的多电平变换器每相有上下两个桥臂，直流电源的正极与上桥臂的始端相连，上桥臂的末端与下桥臂的始端相连，下桥臂的末端与直流电源的负极相连，直流电源的中点与接地极相连，交流输出端从上下桥臂连接处引出。所述每相桥臂由N个子模块并联而成，子模块的正极端分别相连，子模块的负极端分别相连，桥臂电容C与子模块并联。每个子模块中断路开关T1与开关管1串联，断路开关T3与电感L串联然后与开关管2并联，开关管1与开关管2串联，晶闸管T2与电感L并联；开关管1和开关管2都是由IGBT和二极管串联组成，且IGBT的集电极与二极管的负极相连，绝缘栅双极型晶体管S1的发射极和S2的发射极相连，晶闸管T2的负极与绝缘栅双极型晶体管S2的发射极相连。为了保护CSMMC子模块的正常运行，提出了一种具有自保护功能的子模块结构，如图1所示。通过断路开关T1，T3将故障子模块隔离，通过晶闸管T2为电感电流续流。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：1、本技术可以减少输出电流谐波含量，降低开关频率，减小对系统设备的应力；2、本技术采用模块化结构，使得变换器在不同功率和电压水平下都可以扩展，在有冗余子模块的情况下，其可靠性明显提高；3、本技术采用模块化结构，投切方便，可以直接控制交流侧输出电流的大小，作为静止同步补偿器调节系统无功功率的大小；4、本技术具有故障自保护功能，当子模块发生故障时，通过断路开关T1和T3将故障子模块隔离，通过晶闸管T2为故障子模块电感电流续流。附图说明图1是本技术提供的一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器拓扑结构图；图2(a)、2(b)和2(c)分别表示半桥子模块结构、子模块投入运行状态和子模块切除运行状态；图3表示使用晶闸管和断路开关进行子模块开路保护的拓扑结构，其中图3(a)为正常工作状态，图3(b)为子模块故障时工作状态。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细说明。如图1，提供了一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器，所述变换器包括直流电源，上下桥臂，桥臂电容C，带有自保护功能的N个子模块，其中子模块包括开关管1、开关管2、断路开关T1和T3，晶闸管T2，电感L。如图2(a)，提供了子模块的基本拓扑结构和元件的连接方式，每个子模块中开关管1与开关管2串联，子模块电感L与开关管2并联；开关管1和开关管2都是由IGBT和二极管串联组成，且IGBT的集电极与二极管的负极相连，绝缘栅双极型晶体管S1的发射极和S2的发射极相连，由于二极管的单向导电性，子模块的电流方向是一定的。图2(b)和图2(c)分别表示子模块投入状态和切除状态，如图2(b)所示，S1开通，S2关断，子模块处于投入状态，输出电流为电感电流，即ism＝iL，电流流动方向如图2(b)虚线所示，子模块输出电压为varm，方向是上正下负；如图2(c)所示，S1关断，S2导通，子模块被旁路，即处于切除状态，子模块电感电流通过S2、D2完成续流，子模块输出电流为0，即ism＝0，电流方向如图2(c)虚线所示，子模块输出电压为varm＝0。图3表示使用晶闸管和断路开关进行子模块开路保护的拓扑结构。图3(a)为正常工作状态，当子模块在正常投切时，断路开关T1和T3闭合，晶闸管T2关断；当子模块处于投入状态时，S1开通，S2关断，输出电流为电感电流；当子模块处于切除状态时，S1关断，S2开通，输出电流为零。图3(b)为子模块故障时工作状态，断路开关T1和T3断开，将开关管1和开关管2隔离，保护变换器其他正常子模块；晶闸管T2闭合，为电感电流提供续流通路，此时电感电流将不流经开关管2，而是流经晶闸管T2，方向如图3(b)虚线所示。如果桥臂存在冗余子模块，则故障发生时，冗余子模块的断路开关T1和T3闭合，晶闸管T2关断，将冗余子模块投入运行，以代替故障子模块，从而增加CSMMC的安全性和实用性。上述实施例为本技术较佳的实施方式，但本技术的实施方式并不受所述实施例限制，其他的任何未背离本实施新型的精神实质与原理下的所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包括在本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器，其特征在于：所述变换器每相由上下两桥臂串联而成，直流电源加在上下桥臂的两端；所述桥臂由N个子模块并联而成，桥臂电容C与子模块并联；所述子模块由开关管1，开关管2，断路开关T1和T3，晶闸管T2，电感L组成；所述开关管1由绝缘栅双极型晶体管S1和二极管D1串联组成，开关管2由绝缘栅双极型晶体管S2和二极管D2串联组成；断路开关T1和T3分别与开关管1和2相连，隔离故障，保护变换器；晶闸管T2与电感L并联，在故障发生时为电感电流续流。

【技术特征摘要】
1.一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器，其特征在于：所述变换器每相由上下两桥臂串联而成，直流电源加在上下桥臂的两端；所述桥臂由N个子模块并联而成，桥臂电容C与子模块并联；所述子模块由开关管1，开关管2，断路开关T1和T3，晶闸管T2，电感L组成；所述开关管1由绝缘栅双极型晶体管S1和二极管D1串联组成，开关管2由绝缘栅双极型晶体管S2和二极管D2串联组成；断路开关T1和T3分别与开关管1和2相连，隔离故障，保护变换器；晶闸管T2与电感L并联，在故障发生时为电感电流续流。2.根据权利要求1所述的一种具有自保护功能的电流源型模块化多电平变换器，其特征在于：直流电源的正极与上桥臂的始端相连，上桥臂的末端与下桥臂的始端相连，下桥臂的末端与直流电源的负极相连，直流电源的中点与接地极相连，交流输出端从上下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，马文忠，张乃刚，王晓，赵华芳，申发文，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东;37