一种子模块拓扑以及一种MMC换流器制造技术

本发明专利技术涉及一种子模块拓扑以及一种MMC换流器，该MMC换流器中至少有一个子模块由6个开关模块和4个电容构成，首先，该子模块拓扑能够实现以闭锁方式进行直流故障穿越和以非闭锁方式进行直流故障穿越两种方式，因此，该子模块在直流故障发生时，故障穿越可靠性较高，可根据实际控制需要选择相应的直流故障穿越方式。而且，在同样电压等级下，即同样的电平数下，与全桥子模块相比，需要的开关器件的个数更少，能够有效降低直流输电工程的成本，并且，电压等级越高，输出电平数越高时，节约的开关器件的个数就越多。

【技术实现步骤摘要】
一种子模块拓扑以及一种MMC换流器
本专利技术涉及一种子模块拓扑以及一种MMC换流器。
技术介绍
随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的柔性直流输电技术日益受到重视。模块化多电平换流器(Modularmultilevelconverter，MMC)是柔性直流输电系统应用中电压源换流器的一种，它由多个子模块按照一定的方式连接而成，通过控制各个子模块IGBT组的投入和切除状态使换流器输出的交流电压逼近正弦波，实现能量的高效传输。传统的模块化多电平换流器中，通常采用半桥式子模块作为基础单元，以降低换流器建设成本。传统的半桥式子模块MMC在直流短路故障发生时无法通过自身特性迅速抑制故障电流，必须依靠交流断路器或直流断路器才能清楚故障电流。一方面由于交流断路器的响应时间较长，有可能导致保护不及时而造成换流器过流损坏；另一方面配置直流断路器提高了对设备的技术要求，增加了系统成本。为了解决这一问题，有学者提出采用全桥子模块、箝位双子模块等具备直流故障穿越能力的新型子模块拓扑替代半桥子模块。通过故障后迅速闭锁换流器，利用全桥子模块等拓扑中二极管的反向阻断能力迅速抑制故障电流，实现直流故障的自清除。但采用闭锁换流器的方式穿越，会造成交流侧脱网，交流断路器跳闸，不利于故障后输电能力的恢复。而且，虽然在采用全桥子模块时，还可以利用全桥子模块生成负电平的能力，在维持交流侧并网的情况下将直流电压降低至0，从而抑制故障电流，实现在不闭锁状态下的直流故障穿越；但是，在某直流电压等级下，比如MMC的电平数为N+1，那么就需要N个全桥子模块，由于每个全桥子模块中有四个开关器件，那么共需开关器件个数为4N个。由于开关器件在柔性直流输电工程成本中本身就占有较大比重，因此如果利用全桥子模块实现不闭锁直流故障穿越，需要投入的成本较高，并不适合实际工程应用。因此，非常有必要提出一种新型MMC子模块拓扑，使MMC兼具闭锁与不闭锁直流故障穿越功能，且具有一定的成本优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种子模块拓扑，用以解决全桥子模块虽然能够实现不闭锁直流故障穿越，但是投入成本较高的问题。本专利技术同时提供一种MMC换流器。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种子模块拓扑，包括第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元均由一条开关支路和一条电容支路并联构成，所述开关支路上串设有两个开关模块，所述电容支路上串设有两个电容；第一单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点与第二单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点之间连接有开关模块T5，第一单元中的两个电容的连接点与第二单元中的两个电容的连接点之间连接有开关模块T6，第一单元中的两个开关模块的连接点与第二单元中的两个开关模块的连接点为所述子模块拓扑的输入输出端。所述第一单元中的两个开关模块分别为开关模块T1和T2，第一单元中的两个电容模块分别为电容C1和C2，第二单元中的两个开关模块分别为开关模块T3和T4，第二单元中的两个电容模块分别为电容C3和C4；开关模块T1的阳极连接电容C1的正极，开关模块T1的阴极连接开关模块T2的阳极，开关模块T2的阴极连接电容C2的负极；开关模块T3的阳极连接电容C3的正极，开关模块T3的阴极连接开关模块T4的阳极，开关模块T4的阴极连接电容C4的负极；开关模块T2的阴极与电容C2的负极之间的连接点连接开关模块T5的阴极，开关模块T3的阳极与电容C3的正极之间的连接点连接开关模块T5的阳极；电容C1的负极与电容C2的正极之间的连接点连接开关模块T6的阳极，电容C3的负极与电容C4的正极之间的连接点连接开关模块T6的阴极。各开关模块由开关器件与二极管反向并联构成。一种MMC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MMC换流器有至少一个子模块包括第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元均由一条开关支路和一条电容支路并联构成，所述开关支路上串设有两个开关模块，所述电容支路上串设有两个电容；第一单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点与第二单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点之间连接有开关模块T5，第一单元中的两个电容的连接点与第二单元中的两个电容的连接点之间连接有开关模块T6，第一单元中的两个开关模块的连接点与第二单元中的两个开关模块的连接点为所述子模块拓扑的输入输出端。所述第一单元中的两个开关模块分别为开关模块T1和T2，第一单元中的两个电容模块分别为电容C1和C2，第二单元中的两个开关模块分别为开关模块T3和T4，第二单元中的两个电容模块分别为电容C3和C4；开关模块T1的阳极连接电容C1的正极，开关模块T1的阴极连接开关模块T2的阳极，开关模块T2的阴极连接电容C2的负极；开关模块T3的阳极连接电容C3的正极，开关模块T3的阴极连接开关模块T4的阳极，开关模块T4的阴极连接电容C4的负极；开关模块T2的阴极与电容C2的负极之间的连接点连接开关模块T5的阴极，开关模块T3的阳极与电容C3的正极之间的连接点连接开关模块T5的阳极；电容C1的负极与电容C2的正极之间的连接点连接开关模块T6的阳极，电容C3的负极与电容C4的正极之间的连接点连接开关模块T6的阴极。各开关模块由开关器件与二极管反向并联构成。首先，通过闭锁本专利技术提供的子模块拓扑中的全控型器件的驱动信号实现以闭锁方式进行直流故障穿越；而且，由于该子模块具有输出负电压的能力，在直流故障发生后，能够将直流电压翻转为负值以抑制故障电流，待故障电流接近0后，控制直流电压为0，整个过程中维持交流电压不变，所以，该子模块拓扑还能够以非闭锁方式进行直流故障穿越。因此，该子模块在直流故障发生时，故障穿越可靠性较高，可根据实际控制需要选择相应的直流故障穿越方式。而且，在同样电压等级下，即同样的电平数下，比如电平数为N+1的全桥子模块MMC中，需要包含全桥子模块为N个，则共需开关器件个数为4N个；而基于本专利技术提供的子模块的MMC中，由于该子模块输出的最高电压是全桥子模块最高输出电压的两倍，因此，在电平数为N+1的MMC中，只需设置N/2个子模块即可满足要求，则共需开关器件个数为6*N/2＝3N个。由于开关器件在直流输电工程成本中占有较大比重，因此本专利技术提供的子模块拓扑与全桥子模块相比，在同样的要求下，需要的开关器件的个数更少，能够有效降低直流输电工程的成本，并且，电压等级越高，输出电平数越高时，节约的开关器件的个数就越多。附图说明图1是MMC换流器的拓扑结构示意图；图2是本专利技术提供的子模块拓扑图；图3-a至3-h是本专利技术提供的子模块的八种工作状态示意图；图4是本专利技术提供的子模块其中一种闭锁模式下的工作状态示意图；图5是不闭锁直流故障穿越原理示意图；图6是子模块基本架构示意图；图7是子模块另一种实施方式的拓扑图。具体实施方式MMC换流器实施例如图1所示，常规的MMC换流器包括a、b、c3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。该MMC换流器中的子模块中有至少一个子模块是本专利技术提供的新型子模块，根据实际需要设置该新型子模块的具体个数。由于MMC换流器属于常规技术，本专利技术的专利技术点在于子模块的具体结构，所以，以下对该子模块进行具体说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种子模块拓扑，其特征在于，包括第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元均由一条开关支路和一条电容支路并联构成，所述开关支路上串设有两个开关模块，所述电容支路上串设有两个电容；第一单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点与第二单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点之间连接有开关模块T5，第一单元中的两个电容的连接点与第二单元中的两个电容的连接点之间连接有开关模块T6，第一单元中的两个开关模块的连接点与第二单元中的两个开关模块的连接点为所述子模块拓扑的输入输出端。

【技术特征摘要】
1.一种子模块拓扑，其特征在于，包括第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元均由一条开关支路和一条电容支路并联构成，所述开关支路上串设有两个开关模块，所述电容支路上串设有两个电容；第一单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点与第二单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点之间连接有开关模块T5，第一单元中的两个电容的连接点与第二单元中的两个电容的连接点之间连接有开关模块T6，第一单元中的两个开关模块的连接点与第二单元中的两个开关模块的连接点为所述子模块拓扑的输入输出端。2.根据权利要求1所述的子模块拓扑，其特征在于，所述第一单元中的两个开关模块分别为开关模块T1和T2，第一单元中的两个电容模块分别为电容C1和C2，第二单元中的两个开关模块分别为开关模块T3和T4，第二单元中的两个电容模块分别为电容C3和C4；开关模块T1的阳极连接电容C1的正极，开关模块T1的阴极连接开关模块T2的阳极，开关模块T2的阴极连接电容C2的负极；开关模块T3的阳极连接电容C3的正极，开关模块T3的阴极连接开关模块T4的阳极，开关模块T4的阴极连接电容C4的负极；开关模块T2的阴极与电容C2的负极之间的连接点连接开关模块T5的阴极，开关模块T3的阳极与电容C3的正极之间的连接点连接开关模块T5的阳极；电容C1的负极与电容C2的正极之间的连接点连接开关模块T6的阳极，电容C3的负极与电容C4的正极之间的连接点连接开关模块T6的阴极。3.根据权利要求1或2所述的子模块拓扑，其特征在于，各开关模块由开关器件与二极管反向并联构成。4.一种MMC换流器，包括3相，每相由上、下两个桥臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道洋，吴金龙，王先为，刘欣和，张浩，行登江，孙树敏，李广磊，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，许继电气股份有限公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41