一种新型子模块、控制方法及其拓扑结构技术

本发明专利技术涉及一种新型子模块、控制方法及其拓扑结构，所述新型子模块由直流端正极、直流端负极、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电容器、第二电容器以及晶闸管组成，该方案能够有效解决柔性直流输电直流侧发生故障后的系统稳定性问题，提高直流系统的可靠性，降低设备的运行和维修成本。

A new sub module, control method and its topology

【技术实现步骤摘要】
一种新型子模块、控制方法及其拓扑结构
本专利技术涉及直流输配电
，具体涉及一种新型子模块、控制方法及其拓扑结构。
技术介绍
在已有柔性直流输电工程中，常用的电压源换流器包括两电平换流器、二极管钳位型三电平换流器和模块化多电平换流器(MMC)。相比于两电平换流器和二极管钳位型三电平换流器，MMC存在显著的优点：1、制造难度下降；2、故障损耗降低；3、产生的阶跃电压降低；4、输出波形平滑并趋近于正弦波。基于上述特点，在柔性直流输电工程中，采用MMC结构的换流器，可以显著提高系统的可靠性，降低设备的成本。在实际工程中，由于直流系统不存在过零点，因此当直流侧发生故障的时候，故障电流的上升率较高，消除难度也大大高于交流侧。当前已经投运的柔直工程中广泛采用HBSM结构的半桥子模块，当直流系统存在故障时，子模块中的反并联二极管依然能够为故障电流提供通路，此时系统近似发生三相短路，且无法通过闭锁换流器来切断故障电流，故障电流过大会严重影响系统运行的可靠性。为解决上述问题，一般采用的是在交流侧安装交流断路器，但是交流断路器的动作时间慢，故障切除时间比较长，对于柔性直流输电，不利于系统的恢复；或者在直流端安装直流断路器，但是直流断路器的成本较高，且高压大容量的直流断路器依然处在工程可靠性长期验证阶段，相关技术尚不成熟。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种成本低、可靠性高并且具备有故障穿越能力的新型子模块。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种新型子模块，其改进之处在于，所述子模块包括：直流端正极、直流端负极、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电容器、第二电容器以及晶闸管；所述第一IGBT与第一二极管反并联，所述第二IGBT与第二二极管反并联，所述第三IGBT与第三二极管反并联，所述第四IGBT与第四二极管反并联，所述第五IGBT与第五二极管反并联；所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极连接，所述第一电容器的两端分别与第一IGBT的集电极和第二IGBT的发射极连接，所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极之间的连接点与所述直流端正极连接；所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极连接，所述第四IGBT的发射极与所述第五IGBT的发射极连接，所述第三IGBT的集电极经过所述第二电容器与所述第四IGBT的发射极连接，所述第五IGBT的集电极与所述直流端负极连接；所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极之间的连接点与所述第二IGBT的发射极连接；所述第六二极管的正极与第五IGBT的集电极连接，所述第六二极管的负极与第三IGBT的集电极连接；所述直流端正极与直流端负极接有所述晶闸管。优选的，所述第一电容器的容值与第二电容器的容值相等。一种基于所述的新型子模块的拓扑结构，其改进之处在于，所述模块化多电平换流器的子模块的拓扑结构由三个并联的桥臂组成，每个桥臂包括依次串联的第一子模块单元、第一电抗器、第二电抗器和第二子模块单元。优选的，所述第一子模块单元和第二子模块单元均由个串联的模块化多电平换流器的子模块组成，其中，N为偶数。优选的，每个桥臂中的第一电抗器与第二电抗器间的连接点为所述模块化多电平换流器的子模块的拓扑结构的交流侧连接端，所述三个并联的桥臂中桥臂与桥臂间的并联连接点为所述模块化多电平换流器的子模块的拓扑结构的直流侧连接端。一种基于所述的新型子模块的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：当直流端正极和直流端负极接入的直流电流正常时，开通所述第一IGBT、第三IGBT和第五IGBT，关断所述第二IGBT和第四IGBT，使所述子模块输出电压为2uc，或者，开通所述第二IGBT、第四IGBT和第五IGBT，关断所述第一IGBT和第三IGBT，使所述子模块输出电压为0，或者，开通所述第一IGBT、第四IGBT和第五IGBT，关断所述第二IGBT和第三IGBT，使所述子模块输出电压为uc，或者开通所述第二IGBT、第三IGBT和第五IGBT，关断所述第一IGBT和第四IGBT，使所述子模块输出电压为uc；当直流端正极和直流端负极接入的直流电流发生故障时，关断所述第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT和第五IGBT。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术提供的新型子模块，由直流端正极、直流端负极、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电容器、第二电容器以及晶闸管组成，基于该方案，无论直流侧发生故障的电流方向如何，子模块中的电容总是处于充电状态，故障电流随着回路中的电容电压的升高而迅速降低，最终使故障电流衰减为零，能够有效解决柔性直流输电直流侧发生故障后的系统稳定性问题，提高直流系统的可靠性，且本专利技术的子模块结构在器件的选择上与传统HBSM保持一致，无需增添额外类型的元器件，器件的统一性有利于工程实际应用，降低设备了的运行和维修成本。本专利技术还提供了基于所述子模块的拓扑结构，采用大量的子模块级联，能够输出波形质量很高的正弦波，拓扑结构还可以通过自身的电力电子器件来迅速切断直流故障电流。对于非永久性的故障，系统能够快速恢复，提高了供电可靠性。附图说明图1是本专利技术实施例中新型子模块的结构示意图；图2是本专利技术实施例中子模块输出电压为2uc时正/反向电流通路原理示意图；图3是本专利技术实施例中子模块输出电压为0时正/反向电流通路原理示意图；图4是本专利技术实施例中子模块输出电压为uc时正向电流通路原理示意图；图5是本专利技术实施例中子模块输出电压为uc时反向电流通路原理示意图；图6是本专利技术实施例中新型子模块的拓扑结构的结构示意图。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进一步的详细说明。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。研发出一种成本低、可靠性高并且具备有故障穿越能力的新型MMC子模块就变得非常有意义，本专利技术提供了一种新型子模块，所述子模块包括：直流端正极、直流端负极、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电容器、第二电容器以及晶闸管；所述第一IGBT与第一二极管反并联，所述第二IGBT与第二二极管反并联，所述第三IGBT与第三二极管反并联，所述第四I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型子模块，其特征在于，所述子模块包括：直流端正极、直流端负极、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电容器、第二电容器以及晶闸管；/n所述第一IGBT与第一二极管反并联，所述第二IGBT与第二二极管反并联，所述第三IGBT与第三二极管反并联，所述第四IGBT与第四二极管反并联，所述第五IGBT与第五二极管反并联；/n所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极连接，所述第一电容器的两端分别与第一IGBT的集电极和第二IGBT的发射极连接，所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极之间的连接点与所述直流端正极连接；/n所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极连接，所述第四IGBT的发射极与所述第五IGBT的发射极连接，所述第三IGBT的集电极经过所述第二电容器与所述第四IGBT的发射极连接，所述第五IGBT的集电极与所述直流端负极连接；/n所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极之间的连接点与所述第二IGBT的发射极连接；/n所述第六二极管的正极与第五IGBT的集电极连接，所述第六二极管的负极与第三IGBT的集电极连接；/n所述直流端正极与直流端负极接有所述晶闸管。/n...

【技术特征摘要】
1.一种新型子模块，其特征在于，所述子模块包括：直流端正极、直流端负极、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电容器、第二电容器以及晶闸管；
所述第一IGBT与第一二极管反并联，所述第二IGBT与第二二极管反并联，所述第三IGBT与第三二极管反并联，所述第四IGBT与第四二极管反并联，所述第五IGBT与第五二极管反并联；
所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极连接，所述第一电容器的两端分别与第一IGBT的集电极和第二IGBT的发射极连接，所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极之间的连接点与所述直流端正极连接；
所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极连接，所述第四IGBT的发射极与所述第五IGBT的发射极连接，所述第三IGBT的集电极经过所述第二电容器与所述第四IGBT的发射极连接，所述第五IGBT的集电极与所述直流端负极连接；
所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极之间的连接点与所述第二IGBT的发射极连接；
所述第六二极管的正极与第五IGBT的集电极连接，所述第六二极管的负极与第三IGBT的集电极连接；
所述直流端正极与直流端负极接有所述晶闸管。


2.如权利要求1所述的子模块，其特征在于，所述第一电容器的容值与第二电容器的容值相等。


3.一种基于权利要求1或2所述的新型子模块的拓扑结构，其特征在于，所述模块化多...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨岳峰，李启晨，詹雄，张佃青，杨尚瑾，马玲，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，中电普瑞电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32