一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构制造技术

本发明专利技术涉及一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，属于柔性直流输电技术领域。本发明专利技术包括MMC子模块拓扑，MMC子模块拓扑包括子模块输出端，子模块输出端为电压正极输出端与电压负极输出端，MMC子模块拓扑还包括结构相同的左右两个半桥，两个半桥通过交叉的功率开关组S

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构
本专利技术涉及一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，特别是一种具备直流故障清除能力的模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，属于柔性直流输电

技术介绍
基于架空线的模块化多电平换流器MMC型柔性直流电网具有无换相失败、谐波含量小与灵活可控的优势，有望在新能源汇集、分布式电源接入与跨区互联等方面发挥重要作用。架空线路柔性直流电网直流侧线路发生短路故障，较低的阻尼会导致电流上升速度较快，由于电流没有过零点，故障清除难度比交流系统大。目前有以下几种方法可以切断直流侧故障电流：1)跳换流站交流侧断路器；2)断开直流侧断路器；3)换流器采用具备故障自清除能力的子模块。跳交流断路器由于故障切除时间通常在45～150ms之间，故障清除速度慢且不利于系统恢复。断开直流侧断路器，隔离直流侧故障，目前国内外仅有几家公司完成了样机研制，在工程上没有广泛的运用成功案例，价格昂贵，技术不成熟。近年来，多种具备直流故障自清除能力的新型子模块拓扑被提出，被认为是最具有潜力的直流侧短路故障故障解决方案。很多改进型子模块拓扑无一例外都是单一故障闭锁模式实现直流故障抑制，系统闭锁是最简单、快速的直流故障清除策略，但长时间闭锁可能会导致电容电压发散，造成交流断路器动作。发生瞬时性故障时，非闭锁下阻断故障电流，避免换流器闭锁后的电容电压发散，是一个比较好的直流故障清除方式。基于全桥FBSM的MMC不仅具有直流故障阻断功能，还具有故障电流非闭锁抑制功能，而且还具有利用FBSM的负电压状态扩展交流侧输出电压范围的优势，但相对半桥所需功率器件较多。电容电压的均衡控制问题是MMC研究关键技术之一，分散在子模块中的电容电压为直流侧电压提供了支撑，子模块电容电压均衡控制是MMC换流器稳定运行的重要前提。传统的均压控制方法，其原理简单，电容电压均衡控制效果比较好，但随着子模块数量的增加，其排序算法的计算量增大，导致控制器负担过重，另一方面电容电压微小的波动也会导致子模块反复投切，使得开关频率较高，进一步造成较高的开关损耗，降低了MMC运行的经济性为了提高MMC-HVDC的运行稳定性，非常有必要研究具体涉及一种具备直流故障清除能力的模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，具备非闭锁模式和闭锁模式下的直流故障自清除能力，故障清除速度较快。本专利技术的技术方案是：一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，其特征在于：包括MMC子模块拓扑，MMC子模块拓扑包括子模块输出端，子模块输出端为电压正极输出端与电压负极输出端，MMC子模块拓扑还包括结构相同的左右两个半桥，左右半桥都是在半桥HBSM子模块的结构上加了一个双向开关，将半桥原来的一个电容拆分成两个电容，两者通过开关组S7和S8相连，整体构成一个功能类似全桥(FullBridgeSub-module，FBSM)又优于全桥的子模块拓扑。所述开关组S7是由绝缘栅双极型晶体管T7及其反并联二极管D7开关和绝缘栅双极型晶体管T9及其反并联二极管D9开关串设组成。T7与T9具有相同的触发信号，T7、T9同时触发关断，开关组S7关断；T7、T9同时触发导通，开关组S7则导通。所述开关组S8是由由绝缘栅双极型晶体管T8及其反并联二极管D8开关和绝缘栅双极型晶体管T10及其反并联二极管D10开关串设组成。T8与T10具有相同的触发信号，T8、T10同时触发关断，开关组S8关断；T8、T10同时触发导通，开关组S8则导通。整体构成一个功能类似全桥FBSM又优于全桥的子模块拓扑。所述MMC子模块拓扑，电容电压可以成组投切，减少了参与电容电压均衡控制排序的电容个数，提高了电容电压排序效率，减轻了控制器的负担。所述MMC子模块结构对称，便于集成化设计，缩短项目周期，节约成本；故障穿越期间非闭锁模式下所述本专利技术子模块还可以工作在STATCOM模式下为交流系统提供一定的无功支撑；可以低电压过调制运行，抬高交流电压幅值，降低交流电流幅值，进而降低损耗；可在较低直流电压下实现交流侧更好的电能质量，非闭锁模式更有利于故障恢复重启，保证了MMC-HVDC系统的安全可靠运行，与其它具有直流故障自清除能力的子模块相比，具有故障清除速度快、损耗低、均压效果好的优势，在实际工程中具有重要的参考意义和使用价值。所述左半桥包括绝缘栅双极型晶体管T1、T2，两个二极管D1、D2，一个双向开关T5和两个电容C1、C2；绝缘栅双极型晶体管T1与二极管D1反并联，T1发射极与D1阳极相连，T1集电极与D1阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T2与二极管D2反并联，T2发射极与D2阳极相连，T2集电极与D2阴极相连，电容C1与C2相串联，电容C1负极电位点连接于电容C2正极电位点，电容C1正极电位点连接于T1集电极与D1阴极的连接节点，电容C2负极电位又连接于T2发射极与D2阳极的连接节点；绝缘栅双极型晶体管T1发射极和绝缘栅双极型晶体管T2集电极的连接节点为子模块电压正极输出端，该端口连接双向开关T5的一端，双向开关T5的另一端连接于电容C1负极电位点和C2正极电位点的连接节点。所述右半桥包括绝缘栅双极型晶体管T3、T4，两个二极管D3、D4，一个双向开关T6和两个电容C3、C4；绝缘栅双极型晶体管T3与二极管D3反并联，T3发射极与D3阳极相连，T3集电极与D3阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T4与二极管D4反并联，T4发射极与D4阳极相连，T4集电极与D4阴极相连，电容C3与C4相串联，电容C3负极电位点连接于电容C4正极电位点，电容C3正极电位点连接于T3集电极与D3阴极的连接节点，电容C4负极电位点又连接于T4发射极与D4阳极的连接节点；绝缘栅双极型晶体管T3发射极和绝缘栅双极型晶体管T4集电极的连接节点为子模块电压负极输出端，该端口连接双向开关T6的一端，双向开关T6的另一端连接于电容C3负极电位点和C4正极电位点的连接节点。所述开关组S7是由绝缘栅双极型晶体管T7及其反并联二极管D7开关和绝缘栅双极型晶体管T9及其反并联二极管D9开关串设组成；绝缘栅双极型晶体管T7与二极管D7反并联，T7发射极与D7阳极相连，T7集电极与D7阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T9与二极管D9反并联，T9发射极与D9阳极相连，T9集电极与D9阴极相连，T7集电极与D7阴极的连接节点连接至T9发射极与D9阳极的连接节点，T7发射极与D7阳极的连接节点连接至所述电容C2的负极电位点，T9集电极与D9阴极的连接节点连接至所述电容C3的正极电位点。开关组S8是由由绝缘栅双极型晶体管T8及其反并联二极管D8开关和绝缘栅双极型晶体管T10及其反并联二极管D10开关串设组成；绝缘栅双极型晶体管T8与二极管D8反并联，T8发射极与D8阳极相连，T8集电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，其特征在于：包括MMC子模块拓扑，MMC子模块拓扑包括子模块输出端，子模块输出端为电压正极输出端与电压负极输出端，MMC子模块拓扑还包括结构相同的左右两个半桥，两个半桥通过交叉的功率开关组S

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，其特征在于：包括MMC子模块拓扑，MMC子模块拓扑包括子模块输出端，子模块输出端为电压正极输出端与电压负极输出端，MMC子模块拓扑还包括结构相同的左右两个半桥，两个半桥通过交叉的功率开关组S7和S8相连。


2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，其特征在于：所述左半桥包括绝缘栅双极型晶体管T1、T2，两个二极管D1、D2，一个双向开关T5和两个电容C1、C2；
绝缘栅双极型晶体管T1与二极管D1反并联，T1发射极与D1阳极相连，T1集电极与D1阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T2与二极管D2反并联，T2发射极与D2阳极相连，T2集电极与D2阴极相连，电容C1与C2相串联，电容C1负极电位点连接于电容C2正极电位点，电容C1正极电位点连接于T1集电极与D1阴极的连接节点，电容C2负极电位又连接于T2发射极与D2阳极的连接节点；
绝缘栅双极型晶体管T1发射极和绝缘栅双极型晶体管T2集电极的连接节点为子模块电压正极输出端，该端口连接双向开关T5的一端，双向开关T5的另一端连接于电容C1负极电位点和C2正极电位点的连接节点。


3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，其特征在于：所述右半桥包括绝缘栅双极型晶体管T3、T4，两个二极管D3、D4，一个双向开关T6和两个电容C3、C4；
绝缘栅双极型晶体管T3与二极管D3反并联，T3发射极与D3阳极相连，T3集电极与D3阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T4与二极管D4反并联，T4发射极与D4阳极相连，T4集电极与D4阴极相连，电容C3与C4相串联，电容C3负极电位点连接于电容C4正极电位点，电容C3正极电位点连接于T3集电极与D3阴极的连接节点，电容C4负极电位点又连接于T4发射极与D4阳极的连接节点；
绝缘栅双极型晶体管T3发射极和绝缘栅双极型晶体管T4集电极的连接节点为子模块电压负极输出端，该端口连接双向开关T6的一端，双向开关T6的另一端连接于电容C3负极电位点和C4正极电位点的连接节点。


4.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器五电平钳位交叉型子模块拓扑结构，其特征在于：所述开关组S7是由绝缘栅双极型晶体管T7及其反并联二极管D7开关和绝缘栅双极型晶体管T9及其反并联二极管D9开关串设组成；
绝缘栅双极型晶体管T7与二极管D7反并联，T7发射极与D7阳极相连，T7集电极与D7阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T9与二极管D9反并联，T9发射极与D9阳极相连，T9集电极与D9阴极相连，T7集电极与D7阴极的连接节点连接至T9发射极与D9阳极的连接节点，T7发射极与D7阳极的连接节点连接至所述电容C2的负极电位点，T9集电极与D9阴极的连接节点连接至所述电容C3的正极电位点。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，邵宗学，江耀曦，包广皎，王文韬，田鑫萃，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53