一种新型T型子模块及其拓扑结构制造技术

本发明专利技术涉及一种新型T型子模块及其拓扑结构，所述T型子模块包括：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第一RB‑IGBT、第二RB‑IGBT、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第一电容以及第二电容，本发明专利技术提供的具有直流故障阻断能力的T型子模块，在利用较少开关器件的情况下提高了拓扑结构的故障电流闭锁能力。

A New T-Submodule and Its Topological Structure

The invention relates to a novel T-type sub-module and its topological structure. The T-type sub-module includes: the first IGBT, the second IGBT, the third IGBT, the first RB IGBT, the second RB IGBT, the first diode, the second diode, the third diode, the fourth diode, the first capacitor and the second capacitor. The T-type sub-module provided by the invention with DC fault blocking capability is utilized comparatively. With fewer switching devices, the fault current locking ability of the topology is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种新型T型子模块及其拓扑结构
本专利技术涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种应用于模块化多电平换流器的新型T型子模块及其拓扑结构。
技术介绍
柔性直流输电技术是新一代的电能输送技术，目前已相继在部分国家得到了推广和应用，其中，基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)是柔性直流输电技术中重要组成。目前，所有柔性直流输电中MMC子模块均采用半桥型子模块(Half-BridgeSub-Module,HBSM)拓扑结构，但是，当MMC在发生双极短路故障时，在正电流方向下，半桥型子模块(HBSM)电容充电，可提供一个反向电动势来阻断故障电流，但是在负电流方向下，半桥型子模块(HBSM)的下桥臂IGBT反并联的二极管为故障电流提供通路，此时系统不具备故障电流阻断能力，危害了系统的安全，影响了系统的供电可靠性。另一方面，拓扑结构中，基于半桥型子模块(HBSM)的基础上，配合使用交流断路器可以用来阻断直流侧的故障，然而交流断路器存在机械开关相应速度慢的问题且此技术尚不成熟。目前，已有学者提出采用全桥型子模块(Full-BridgeSub-Module,FBSM)或箝位型双子模块(Clamped-DualSub-Module,CDSM)来实现故障电流的闭锁。相比于基于半桥型子模块(HBSM)的拓扑结构，基于全桥型子模块(FBSM)的拓扑结构的故障闭锁能力最强，但是开关的数量增加了一倍，基于箝位型双子模块(CDSM)的拓扑结构的开关数量相比于基于全桥型子模块(FBSM)的拓扑结构相对较少，但是，基于箝位型双子模块(CDSM)的拓扑结构的电容利用率不高，闭锁能力较差。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于T型子模块的拓扑结构，其目的是提高拓扑结构的闭锁能力且使用的开关器件大幅减少，降低投资成本。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种含新型T型子模块的拓扑结构，其改进之处在于，第一IGBT(S1)、第二IGBT(S2)、第三IGBT(S3)、第一RB-IGBT(S4)、第二RB-IGBT(S5)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)和第一电容(C1)以及第二电容(C2)；所述第一电容(C1)的正极分别与所述第一IGBT(S1)的集电极、所述第二IGBT(S2)的集电极和所述第一二极管(D1)的负极、第二二极管(D2)的负极连接，所述第一电容(C1)的负极与所述第一RB-IGBT(S4)的发射极连接，所述第二电容(C2)的正极与所述第一RB-IGBT(S4)的发射极连接，所述第二电容(C2)的负极分别与所述第三IGBT(S3)的发射极、所述第四二极管(D4)的正极、第三二极管(D3)的正极连接，所述第一RB-IGBT(S4)与所述第二RB-IGBT(S5)反向并联，所述第二IGBT(S2)的发射极分别与所述第一RB-IGBT(S4)的集电极连接，所述第三IGBT(S3)的集电极、所述第一RB-IGBT(S4)的集电极、所述第四二极管(D4)的正极均与所述T型子模块负极输出连接，所述第一IGBT(S1)的发射极、所述第一二极管(D1)的正极、所述第四二极管(D4)的负极均与所述T型子模块正极输出连接。优选的，当所述桥臂电流为正时，则桥臂上的T型子模块输出的反向箝位电压为所述第一电容的电压的2倍；当桥臂电流为负时，则桥臂上的T型子模块输出的反向箝位电压为所述第一电容的电压的-2倍。优选的，当母线直流侧发生短路故障时，所述T型子模块中第一电容(C1)和第二电容(C2)均被充电，当所述T型子模块中第一电容(C1)和第二电容(C2)的串联总电压超过交流侧母线线电压的幅值时，所述T型子模块中所有二极管反向截止。一种基于所述的T型子模块的拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构由三组并联单元组成，每组单元由两个串联的桥臂组成；两个串联的桥臂间的连接点作为交流侧母线接入端；其中，两个串联的桥臂中至少一个桥臂包括所述T型子模块。进一步的，所述桥臂由n个串联的T型子模块和桥臂电抗串联组成。进一步的，所述两个串联的桥臂为串联的上桥臂和下桥臂，所述上桥臂由n个串联的T型子模块和桥臂电抗串联组成，所述下桥臂由n个串联的半桥型子模块和桥臂电抗串联组成。进一步的，所述桥臂由x个串联的T型子模块、y个串联的半桥型子模块和桥臂电抗串联组成。进一步的，所述x和y满足：其中，M为电压调制比，0＜M＜1。进一步的，所述半桥型子模块包含：电容C、第四IGBT(S14)、第五IGBT(S15)、第五二极管(D5)和第六二极管(D6)；所述第四IGBT(S14)的发射极、所述第五二极管(D5)的正极、所述第五IGBT(S15)的集电极、所述第六二极管(D6)的负极均与所述半桥型子模块的正极输出连接；所述第四IGBT(S14)的集电极、所述第五二极管(D5)的负极与所述电容(C)的正极连接；所述第五IGBT(S15)的发射极、所述第六二极管(D6)的正极、所述电容(C)的负极均与所述半桥型子模块的负极输出连接。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的技术方案，一种新型T型子模块，所述T型子模块包括：第一IGBTS1、第二IGBTS2、第三IGBTS3、第一RB-IGBTS4、第二RB-IGBTS5、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第一电容C1以及第二电容C2；基于本专利技术提供的具有直流故障阻断能力的T型子模块，在利用较少开关器件的情况下提高了拓扑结构的故障电流闭锁能力，将具有直流故障阻断能力的新型T型子模块加入到拓扑结构中，提高了拓扑结构的闭锁能力且使用的开关器件大幅减少，降低了投资成本，提高了故障阻断速度，进一步提高了系统的供电可靠性。附图说明图1是本专利技术一种新型T型子模块结构示意图；图2是本专利技术直流侧发生短路故障时，T型子模块在正电流方向下，故障电流的流经通路；图3是本专利技术直流侧发生短路故障时，T型子模块在正电流方向下，故障电流的流经通路；图4是本专利技术一种基于T型子模块的第一拓扑结构；图5是一种基于T型子模块的第二拓扑结构；图6是本专利技术一种基于T型子模块的第三拓扑结构。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供的一种新型T型子模块，如图1所示，所述T型子模块包括：第一IGBTS1、第二IGBTS2、第三IGBTS3、第一RB-IGBTS4、第二RB-IGBTS5、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第一电容C1以及第二电容C2；所述第一电容C1的正极分别与所述第一IGBTS1的集电极、所述第二IGBTS2的集电极和所述第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极连接，所述第一电容C1的负极与所述第一RB-IGBTS4的发射极连接，所述第二电容C2的正极与所述第一RB-IGBTS4的发射极连接，所述第二电容C2的负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型T型子模块，其特征在于，所述T型子模块包括：第一IGBT(S1)、第二IGBT(S2)、第三IGBT(S3)、第一RB‑IGBT(S4)、第二RB‑IGBT(S5)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)和第一电容(C1)以及第二电容(C2)；所述第一电容(C1)的正极分别与所述第一IGBT(S1)的集电极、所述第二IGBT(S2)的集电极和所述第一二极管(D1)的负极、第二二极管(D2)的负极连接，所述第一电容(C1)的负极与所述第一RB‑IGBT(S4)的发射极连接，所述第二电容(C2)的正极与所述第一RB‑IGBT(S4)的发射极连接，所述第二电容(C2)的负极分别与所述第三IGBT(S3)的发射极、所述第四二极管(D4)的正极、第三二极管(D3)的正极连接，所述第一RB‑IGBT(S4)与所述第二RB‑IGBT(S5)反向并联，所述第二IGBT(S2)的发射极分别与所述第一RB‑IGBT(S4)的集电极连接，所述第三IGBT(S3)的集电极、所述第一RB‑IGBT(S4)的集电极、所述第四二极管(D4)的正极均与所述T型子模块负极输出连接，所述第一IGBT(S1)的发射极、所述第一二极管(D1)的正极、所述第四二极管(D4)的负极均与所述T型子模块正极输出连接。...

【技术特征摘要】
1.一种新型T型子模块，其特征在于，所述T型子模块包括：第一IGBT(S1)、第二IGBT(S2)、第三IGBT(S3)、第一RB-IGBT(S4)、第二RB-IGBT(S5)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)和第一电容(C1)以及第二电容(C2)；所述第一电容(C1)的正极分别与所述第一IGBT(S1)的集电极、所述第二IGBT(S2)的集电极和所述第一二极管(D1)的负极、第二二极管(D2)的负极连接，所述第一电容(C1)的负极与所述第一RB-IGBT(S4)的发射极连接，所述第二电容(C2)的正极与所述第一RB-IGBT(S4)的发射极连接，所述第二电容(C2)的负极分别与所述第三IGBT(S3)的发射极、所述第四二极管(D4)的正极、第三二极管(D3)的正极连接，所述第一RB-IGBT(S4)与所述第二RB-IGBT(S5)反向并联，所述第二IGBT(S2)的发射极分别与所述第一RB-IGBT(S4)的集电极连接，所述第三IGBT(S3)的集电极、所述第一RB-IGBT(S4)的集电极、所述第四二极管(D4)的正极均与所述T型子模块负极输出连接，所述第一IGBT(S1)的发射极、所述第一二极管(D1)的正极、所述第四二极管(D4)的负极均与所述T型子模块正极输出连接。2.如权利要求1所述的T型子模块，其特征在于，当所述桥臂电流为正时，则桥臂上的T型子模块输出的反向箝位电压为所述第一电容的电压的2倍；当桥臂电流为负时，则桥臂上的T型子模块输出的反向箝位电压为所述第一电容的电压的-2倍。3.如权利要求1所述的T型子模块，其特征在于，当母线直流侧发生短路故障时，所述T型子模块中第...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄俊，李官军，杨波，陶以彬，周晨，南国良，宋宁希，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网河南省电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32