[發明專利]一種半橋式MMC子模塊及其上開關管短路保護方法

在審

• 申請號: 201710709010.6
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107529683A
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 范彩云;夏克鵬;姚釗;胡學彬;王昊午;宣佳卓;陸翌;裘鵬;喬敏;童凱
• 申請（專利權）人: 許繼電氣股份有限公司;許繼集團有限公司;國網浙江省電力公司;國網浙江省電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M7/00;H02M7/5387;H02J3/36
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本發明屬于高壓直流輸電技術領域，具體涉及一種半橋式MMC子模塊及其上開關管短路保護方法。

背景技術

隨著全控型電力電子器件的發展和電力電子技術在電力系統中的應用，基于電壓源換流器的柔性直流輸電技術日益受到重視。模塊化多電平換流器(Modular multilevel converter，MMC)是柔性直流輸電系統應用中電壓源換流器的一種，它由多個子模塊按照一定的方式連接而成，通過控制各個子模塊IGBT組的投入和切除狀態使換流器輸出的交流電壓逼近正弦波，實現能量的高效傳輸。

傳統的模塊化多電平換流器中，通常采用圖1所示的半橋式子模塊作為基礎單元，以降低換流器建設成本。其中，OUT1、OUT2是MMC子模塊的輸出端口，用于與相鄰的MMC子模塊串聯，T1為上開關管，T2為下開關管，下開關管T2兩端并聯有旁路開關K1，C1為直流支撐電容，直流支撐電容C1兩端并聯有均壓電阻R1。

在MMC子模塊出現故障時，一般通過閉合旁路開關K1來旁路MMC子模塊。壓接型IGBT器件在故障后呈現短路狀態。

當下開關管T2故障短路時，直流支撐電容C1、上開關管T1、旁路開關K1(下開關管T2)會形成短路放電回路。此時由于T1仍然可控，因此能夠通過控制T1斷開放電回路，避免C1放電對放電回路中元件的破壞。

當上開關管T1故障短路時，閉合旁路開關K1將短路子模塊迅速切除，使系統維持運行，但是旁路開關K1閉合后短路子模塊中由于直流支撐電容放電，會在旁路開關K1、上開關管T1和直流支撐電容C1形成的放電回路中產生短路電流，短路電流達數百千安，如此大的電流產生的電動力將對連接母排、旁路開關K1內部元件、直流支撐電容內部元件等造成嚴重損壞，導致故障模塊不能可靠旁路，事故進一步擴散，后果不堪想象。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半橋式MMC子模塊及其上開關管短路保護方法，用以解決半橋式MMC中的上開關管發生短路故障后，直接閉合旁路開關時，由于直流支撐電容放電對子模塊中元器件造成較大損害的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

本發明的一種半橋式MMC子模塊，包括上開關管、下開關管、旁路開關和直流支撐電容，還包括并聯在直流支撐電容兩端的至少一條耗能支路，所述耗能支路上串設至少一個有耗能電阻和至少一個在上開關管發生短路故障時導通的可控開關。

進一步地，所述可控開關為晶閘管、IGBT、IGCT或者GTO。

本發明的一種半橋式MMC子模塊的上開關管短路保護方法，包括如下步驟：

檢測上開關管是否發生短路故障；

若發生短路故障，控制可控開關導通。

進一步地，在直流支撐電容的電壓值低于安全閾值時控制旁路開關閉合。

進一步地，所述可控開關為晶閘管、IGBT、IGCT或者GTO。

本發明的有益效果：

本發明在半橋子模塊的上開關管發生短路故障時，控制耗能支路中的可控開關導通，使在子模塊在被旁路前，直流支撐電容的大部分能量能夠通過耗能支路來消耗，在直流支撐電容兩端電壓低于安全閾值后再控制旁路開關閉合，使得在旁路該故障的子模塊時，直流支撐電容的剩余能量不會對回路中的器件和連接排造成破壞，避免了上開關管發生短路故障時該子模塊被旁路開關旁路后，由于電容放電形成的短路大電動力對子模塊中的元器件和連接排造成損害的情況出現，保護了回路中的器件和連接排，不影響系統的正常運行，實現了子模塊的自保護。本發明簡單可靠，具有較強的工程實用價值。

附圖說明

圖1是現有技術中的半橋式MMC子模塊拓撲圖；

圖2是本發明的半橋式MMC子模塊拓撲圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚，下面結合附圖及實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式并不局限于此。

常規式MMC子模塊如圖1所示，包括上開關管T1、下開關管T2和直流支撐電容C1，下開關管T2兩端并聯有旁路開關K1。本發明在常規半橋式MMC子模塊中增加至少一條并聯的耗能支路，耗能支路并聯在直流支撐電容C1的兩端。耗能支路上串設有至少一個耗能電阻和至少一個可控開關。

如圖2所示，在該實施例中，設置一條耗能支路，在該耗能支路中串設有一個耗能電阻R2和一個晶閘管Th2。

系統正常上電運行時，晶閘管Th2不觸發導通，半橋式MMC子模塊正常運行。