飞跨电容的MMC子模块及具有该子模块的换流器制造技术

一种飞跨电容的MMC子模块及具有该子模块的换流器，其中的飞跨电容的MMC子模块包括依次串联的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，第一开关与第二开关相连的端连接第二电容的一端，第三开关与第四开关的相连端连接第二电容的另一端，第一开关的另一端分别连接第一电容的一端以及第六二极管的负极，第四开关与第五开关的相连端连接第一电容的另一端，第五开关的另一端连接第六二极管的正极，第二开关与第三开关相连的交点构成三电平输出的MMC子模块的正极，第五开关与第六二极管相连的交点构成三电平输出的MMC子模块的负极。本实用新型专利技术子模块结构简单，通过输出三电平降低电力电子器件的额定电压或减少子模块数量来降低成本。

【技术实现步骤摘要】
飞跨电容的MMC子模块及具有该子模块的换流器
本技术涉及一种MMC电路。特别是涉及一种具备直流故障穿越能力的飞跨电容的MMC子模块及具有该子模块的换流器
技术介绍
柔性直流输电系统不存在传统高压直流输电系统的换相失败问题，是新型直流输电系统的主要发展方向。换流器是柔性直流输电系统的重要设备，包含但不限于两电平换流器、二极管钳位型换流器以及模块化多电平换流器(MMC)。其中，MMC为一种采用子模块级联的三相六桥臂结构，每相所包含的上下桥臂均由规格统一的子模块组成，在子模块个数较多的情况下，MMC可以输出高质量波形，且冗余子模块的存在为系统提供了较强的故障处理能力，同时，MMC子模块结构简单便于组装制造。因此，MMC换流器成为最具有发展前景的换流器。采用MMC的柔性直流输电系统不可避免会遇到直流侧短路故障，尤其是采用架空线路的输电系统。MMC通常采用半桥子模块、全桥子模块和钳位双子模块三种结构。对于采用半桥子模块的MMC，系统发生直流侧单极接地或双极短路故障通常需要断开交流侧断路器以防止交流侧通过二极管通路向故障点注入电流。然而，断路器重启时间较长，系统的稳定性无法得到有效保障，特别是在发生瞬时直流故障时，断路器的频繁动作会严重影响正常电力传输。直流断路器也是一种阻断故障电流的有效方式，但是其投资成本高，运行不稳定，目前并不适用于工程的实际应用。全桥子模块MMC可以通过闭锁开关管在不断开断路器的情况下实现直流故障穿越，但其在采用4个开关管的情况下最大仅输出单电平，器件个数的增多会造成换流站建设成本的成倍增长。钳位双子模块可输出多电平，可在附加功率器件作用下阻断故障电流通路实现故障穿越。虽然该结构减少了功率器件的数量，但其附加器件的额定电压水平为其它器件的一倍。由于电力电子器件由于制造工艺限制，额定电压等级越高则造价成比例增长，因此钳位型双子模块并没有有效降低实际的经济效益。鉴于上述问题，改进MMC子模块拓扑，减少子模块功率器件的个数或降低功率器件额定电压水平并使其具备直流故障穿越能力对于柔性直流输电的稳定运行和建设投资有着重要意义。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，提供一种在实现直流故障穿越的同时，克服由于器件数目或器件电压等级所造成的成本高的缺陷的飞跨电容的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：一种飞跨电容的MMC子模块，包括依次串联连接的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，所述第一开关与第二开关相连的端连接第二电容的一端，所述第三开关与第四开关的相连端连接第二电容的另一端，所述第一开关的另一端分别连接第一电容的一端以及第六二极管的负极，所述第四开关与第五开关的相连端连接第一电容的另一端，所述第五开关的另一端连接所述第六二极管的正极，所述第二开关与第三开关相连的交点构成飞跨电容的MMC子模块的正极，所述第五开关与所述第六二极管相连的交点构成飞跨电容的MMC子模块的负极。所述的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关结构相同，均是由一个全控型电力电子器件与一个二极管反并联连接构成，即，所述全控型电力电子器件的漏极连接二极管的负极，所述全控型电力电子器件的源极连接二极管的正极，其中，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均是前一个开关中的全控型电力电子器件的源极和二极管的正极共同连接下一个开关中的全控型电力电子器件的漏极和二极管的负极，且第一开关中的第一全控型电力电子器件的漏极和第一二极管的负极共同连接第一电容的一端以及连接第六二极管的负极，而第五开关是其中的第五全控型电力电子器件的源极和第五二极管的正极共同连接上一个开关即第四开关中的第四全控型电力电子器件的源极和第四二极管的正极，所述第五全控型电力电子器件漏极和第五二极管的负极共同连接第六二极管的正极，以及构成飞跨电容的MMC子模块的负极。所述的全控型电力电子器件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。一种具有飞跨电容的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个以上的飞跨电容的MMC子模块和一个电感串联连接构成，每一个飞跨电容的MMC子模块均包括：依次串联连接的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，所述第一开关与第二开关相连的端连接第二电容的一端，所述第三开关与第四开关的相连端连接第二电容的另一端，所述第一开关的另一端分别连接第一电容的一端以及第六二极管的负极，所述第四开关与第五开关的相连端连接第一电容的另一端，所述第五开关的另一端连接所述第六二极管的正极，所述第二开关与第三开关相连的交点构成飞跨电容的MMC子模块的正极，所述第五开关与所述第六二极管相连的交点构成飞跨电容的MMC子模块的负极。所述的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关结构相同，均是由一个全控型电力电子器件与一个二极管反并联连接构成，即，所述全控型电力电子器件的漏极连接二极管的负极，所述全控型电力电子器件的源极连接二极管的正极，其中，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均是前一个开关中的全控型电力电子器件的源极和二极管的正极共同连接下一个开关中的全控型电力电子器件的漏极和二极管的负极，且第一开关中的第一全控型电力电子器件的漏极和第一二极管的负极共同连接第一电容的一端以及连接第六二极管的负极，而第五开关是其中的第五全控型电力电子器件的源极和第五二极管的正极共同连接上一个开关即第四开关中的第四全控型电力电子器件的源极和第四二极管的正极，所述第五全控型电力电子器件漏极和第五二极管的负极共同连接第六二极管的正极，以及构成飞跨电容的MMC子模块的负极。所述的全控型电力电子器件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。本技术的飞跨电容的MMC子模块及具有该子模块的换流器，子模块结构简单，通过输出三电平降低电力电子器件的额定电压或减少子模块数量来降低成本，并能够在引入额外电力电子器件的作用下实现故障穿越。本技术的具有飞跨电容的MMC子模块的换流器，采用本技术的飞跨电容的MMC子模块，以全桥型子模块为参考，同等电压等级下，在输出同等电平个数时，子模块个数仅为全桥子模块的一半，器件个数仅为其5/8，器件个数的减少会大幅度降低系统的总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞跨电容的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)与第二开关(K2)相连的端连接第二电容(C2)的一端，所述第三开关(K3)与第四开关(K4)的相连端连接第二电容(C2)的另一端，所述第一开关(K1)的另一端分别连接第一电容(C1)的一端以及第六二极管(D6)的负极，所述第四开关(K4)与第五开关(K5)的相连端连接第一电容(C1)的另一端，所述第五开关(K5)的另一端连接所述第六二极管(D6)的正极，所述第二开关(K2)与第三开关(K3)相连的交点构成三电平输出的MMC子模块的正极，所述第五开关(K5)与所述第六二极管(D6)相连的交点构成三电平输出的MMC子模块的负极。

【技术特征摘要】
1.一种飞跨电容的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)与第二开关(K2)相连的端连接第二电容(C2)的一端，所述第三开关(K3)与第四开关(K4)的相连端连接第二电容(C2)的另一端，所述第一开关(K1)的另一端分别连接第一电容(C1)的一端以及第六二极管(D6)的负极，所述第四开关(K4)与第五开关(K5)的相连端连接第一电容(C1)的另一端，所述第五开关(K5)的另一端连接所述第六二极管(D6)的正极，所述第二开关(K2)与第三开关(K3)相连的交点构成三电平输出的MMC子模块的正极，所述第五开关(K5)与所述第六二极管(D6)相连的交点构成三电平输出的MMC子模块的负极。2.根据权利要求1所述的飞跨电容的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)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)的一端以及连接第六二极管(D6)的负极，而第五开关(K5)是其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)漏极和第五二极管(D5)的负极共同连接第六二极管(D6)的正极，以及构成三电平输出的MMC子模块的负极。3.根据权利要求1所述的飞跨电容的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所述的飞跨电容的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，吴亚帆，
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