一种清除直流短路电流的多电平模块制造技术

本发明专利技术涉及一种清除直流短路电流的多电平模块，包括：第一开关管，第二开关管，第三开关管，第四开关管，第五开关管，第六二极管，第一电容，第二电容以及第三电容；第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连，第一开关管的集电极与第一电容的正极相连，第二开关管的发射极与第三开关管的发射极相连、与第六二极管的负极相连，第三开关管的集电极与第一电容的负极相连、与第二电容的正极相连、与第四开关管的集电极相连，第四开关管的发射极与第五开关管的集电极相连，第五开关管的发射极与第六二极管的正极相连、与第三电容的负极相连，第三电容的正极与第二电容的负极相连。

【技术实现步骤摘要】
一种清除直流短路电流的多电平模块
本专利技术属于高压直流输电
，具体涉及一种清除直流短路电流的多电平模块。
技术介绍
随着现代电力电子技术的快速发展，基于模块化多电平换流器(ModuleMultilevelConverter，MMC)的高压直流输电(HighVoltageDirectCurrent，HVDC)系统应运而生，受到社会的广泛关注。MMC采用模块化的拓扑结构，同时具有结构简单、易于扩展、低谐波含量、低损耗等一系列的优点，在可再生能源并网、城市电网供电和异步交流电网互联等场合有着巨大的应用前景。针对架空线场合下的柔性高压直流输电，在发生直流侧极间短路故障后，故障对系统造成极大的危害且发展迅速，然而关于直流故障电流清除的技术尚不完善，高压大容量直流断路器的研究并不成熟，为了解决传统半桥MMC不具备清除直流短路电流能力的问题，目前主要提出双向反并联晶闸管子模块、全桥子模块和混合型子模块。双向反并联晶闸管子模块结构，在直流故障发生后，通过闭锁子模块中的IGBT，同时导通双向反并联晶闸管，将直流短路转化为交流短路，保护续流二极管，从而实现了直流侧故障电流的自然衰减。但由于实际电路参数不同，容易出现故障电流衰减缓慢的现象，故障电流自清除效果不理想。全桥子模块结构，虽然可以有效的抑制短路电流，但是使用的器件数量是传统半桥型的两倍，经济效益较差。混合型子模块进一步减少功率器件数量，但与半桥子模块相比较，器件数量依然很多，且在故障闭锁时提供的反向电动势较小，不利于故障电流快速清除。此为现有技术的不足之处。有鉴于此，本申请提供一种清除直流短路电流的多电平模块，以解决现有技术中存在的缺陷，是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种清除直流短路电流的多电平模块，以解决上述技术问题。为实现上述目的，本专利技术给出以下技术方案：一种清除直流短路电流的多电平模块，包括：第一开关管，第二开关管，第三开关管，第四开关管，第五开关管，第六二极管，第一电容，第二电容以及第三电容；每个开关管均包括一个IGBT管和一个反并联二极管，IGBT管的发射极与反并联二极管的阳极电连接，IGBT管的集电极与反并联二极管的阴极电连接，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连，第一开关管的集电极与第一电容的正极相连，第二开关管的发射极与第三开关管的发射极相连、与第六二极管的负极相连，第三开关管的集电极与第一电容的负极相连、与第二电容的正极相连、与第四开关管的集电极相连，第四开关管的发射极与第五开关管的集电极相连，第五开关管的发射极与第六二极管的正极相连、与第三电容的负极相连，第三电容的正极与第二电容的负极相连。本专利技术中IGBT管的集电极即为相应开关管的集电极，IGBT管的发射极即为相应开关管的发射极。作为优选，第一开关管的发射极作为该模块输出端的正极，第四开关管的发射极作为该模块输出端的负极；输出电压为Uout，输入电流的参考方向与输出电压Uout的参考方向相同；有效利用模块的电路结构清除故障电流。作为优选，UC1＝UC2＝UC3＝电容电压额定值Ucref。作为优选，换流器处于正常运行时，当Uout＝0时，第二开关管、第三开关管和第四开关管处于导通状态，第一开关管和第五开关管处于关断状态，此时第一电容、第二电容、第三电容都被旁路；当Uout＝Ucref时，第一开关管和第四开关管处于导通状态，第二开关管、第三开关管和第五开关管处于关断状态，此时第二电容和第三电容都被旁路，第一电容被投入；当Uout＝2Ucref时，第二开关管、第三开关管和第五开关管处于导通状态，第一开关管和第四开关管处于关断状态，此时第一电容被旁路，第二电容和第三电容被投入；当Uout＝3Ucref时，第一开关管和第五开关管处于导通状态，第二开关管、第三开关管和第四开关管处于关断状态，此时第一电容、第二电容、第三电容被投入。作为优选，当系统发生直流短路故障时，闭锁所有开关管，当桥臂电流为正时，桥臂电流流经反并联二极管D1和D5，此时第一电容、第二电容、第三电容被投入，桥臂电流对第一电容、第二电容、第三电容进行充电，并迅速衰减为零，当桥臂电流为负时，桥臂电流流经反并联二极管D4和二极管D6，此时第二电容、第三电容被投入，多电平子模块对外提供反向电容电压2Ucref，桥臂电流对第二电容、第三电容进行充电并迅速衰减为零。作为优选，通过最近电平逼近法得到需要投入的电容个数N,正常运行时，电容电压排序当桥臂电流方向为正时，优先选择多电平子模块电压(UC1+UC2+UC3)最小的子模块投入并输出3Ucref，再选择剩余子模块电压(UC2+UC3)最小的子模块投入并输出2Ucref，最后选择剩余子模块电压UC1最小的子模块投入并输出Ucref；当桥臂电流方向为负时，优先选择多电平子模块电压(UC1+UC2+UC3)最大的子模块投入并输出3Ucref，再选择剩余子模块电压(UC2+UC3)最大的子模块投入并输出2Ucref，最后选择剩余子模块电压UC1最大的子模块投入并输出Ucref。从而实现平衡各个子模块电容电压的作用。本专利技术的有益效果在于，在输出电平数相同的情况下，本专利技术相比于全桥子模块、混合型子模块、交叉连接型子模块和二极管嵌位式子模块，使用更少的开关器件，大大减小设备初期的造价成本。在输出电平数相同的情况下，本专利技术相比于交叉连接型子模块和混合型子模块，在故障发生换流器闭锁后，可以为桥臂提供更高的反向电容电压，达到快速清除故障电流的目的。此外，本专利技术设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。由此可见，本专利技术与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。附图说明图1为本专利技术提供的一种清除直流短路电流的多电平模块的拓扑结构图。图2-5为正常运行下多电平模块电流途径示意图。图6-7为故障情况下多电平模块电流途径示意图。1-第一开关管，2-第二开关管，3-第三开关管，4-第四开关管，5-第五开关管，T1-第一开关管的IGBT管，D1-第一开关管的反并联二极管，T2-第二开关管的IGBT管，D2-第二开关管的反并联二极管，T3-第三开关管的IGBT管，D3-第三开关管的反并联二极管，T4-第四开关管的IGBT管，D4-第四开关管的反并联二极管，T5-第五开关管的IGBT管，D5-第五开关管的反并联二极管，6-第六二极管，7-第一电容，8-第二电容，9-第三电容。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施例对本专利技术进行详细阐述，以下实施例是对本专利技术的解释，而本专利技术并不局限于以下实施方式。如图1-7所示，本实施例提供的一种清除直流短路电流的多电平模块，包括：第一开关管1，第二开关管2，第三开关管3，第四开关管4，第五开关管5，第六二极管6，第一电容7，第二电容8以及第三电容9；每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种清除直流短路电流的多电平模块，其特征在于，包括：/n第一开关管，第二开关管，第三开关管，第四开关管，第五开关管，第六二极管，第一电容，第二电容以及第三电容；/n每个开关管均包括一个IGBT管和一个反并联二极管，IGBT管的发射极与反并联二极管的阳极电连接，IGBT管的集电极与反并联二极管的阴极电连接，/n第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连，第一开关管的集电极与第一电容的正极相连，第二开关管的发射极与第三开关管的发射极相连、与第六二极管的负极相连，第三开关管的集电极与第一电容的负极相连、与第二电容的正极相连、与第四开关管的集电极相连，第四开关管的发射极与第五开关管的集电极相连，第五开关管的发射极与第六二极管的正极相连、与第三电容的负极相连，第三电容的正极与第二电容的负极相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种清除直流短路电流的多电平模块，其特征在于，包括：
第一开关管，第二开关管，第三开关管，第四开关管，第五开关管，第六二极管，第一电容，第二电容以及第三电容；
每个开关管均包括一个IGBT管和一个反并联二极管，IGBT管的发射极与反并联二极管的阳极电连接，IGBT管的集电极与反并联二极管的阴极电连接，
第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连，第一开关管的集电极与第一电容的正极相连，第二开关管的发射极与第三开关管的发射极相连、与第六二极管的负极相连，第三开关管的集电极与第一电容的负极相连、与第二电容的正极相连、与第四开关管的集电极相连，第四开关管的发射极与第五开关管的集电极相连，第五开关管的发射极与第六二极管的正极相连、与第三电容的负极相连，第三电容的正极与第二电容的负极相连。


2.根据权利要求1所述的一种清除直流短路电流的多电平模块，其特征在于，第一开关管的发射极作为该模块输出端的正极，第四开关管的发射极作为该模块输出端的负极；输出电压为Uout，输入电流的参考方向与输出电压Uout的参考方向相同。


3.根据权利要求2所述的一种清除直流短路电流的多电平模块，其特征在于，UC1＝UC2＝UC3＝电容电压额定值Ucref。


4.根据权利要求3所述的一种清除直流短路电流的多电平模块，其特征在于，换流器处于正常运行时，当Uout＝0时，第二开关管、第三开关管和第四开关管处于导通状态，第一开关管和第五开关管处于关断状态，此时第一电容、第二电容、第三电容都被旁路；
当Uout＝Ucref时，第一开关管和第四开关管处于导通状态，第二开关管、第三开关管和第五开关管处于关断状态，此时第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙迎新，李玉亮，郭丽伟，于英杰，丁辉，王俊生，姚金顺，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司潍坊供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37