[發明專利]一種具有自均壓能力的二極管鉗位混合MMC電路

在審

• 申請號: 201910808362.6
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110535359A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 王毅;譚開東;冀茂
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/32
• 代理公司: 11246 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 史雙元<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種具有自均壓能力的二極管鉗位混合MMC電路，所述MMC電路的橋臂上串聯多個混合電路子模塊Hybrid SM，每個混合電路子模塊Hybrid SM由一個半橋子模塊HBSM和一個全橋子模塊D?FBSM以及一個鉗位二極管D1組成，其中鉗位二極管D1的負極連接半橋子模塊HBSM的電容C1正極，鉗位二極管D1的正極連接到全橋子模塊D?FBSM的電容C2的正極，半橋子模塊HBSM的負極和全橋子模塊D?FBSM的正極相連。當鉗位二極管D1導通的時候，實現了級聯單元內部的自動均壓；在故障情況下，將半橋子模塊的電容反向串入故障回路中，與全橋子模塊電容共同作用清除故障電流。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種具有自均壓能力的二極管鉗位混合MMC電路。

背景技術

模塊化多電平轉換器(Modular Multi-level Converter,MMC)因其模塊化設計，使得系統容量升級更加容易，擴展性更強。在實際運行中，目前投運的MMC-HVDC均是無傳輸距離的背靠背項目，或使用電纜作為其傳輸線路。然而，在相同的電壓水平和傳輸功率下，電纜的成本要比架空線路高出很多。同時，由于電纜運行過程中的“集膚效應”，空間電荷問題和絕緣問題也十分嚴重。因此，在長距離、高電壓、大容量直流輸電發展的背景下，采用具有明顯經濟技術優勢的架空線路輸電已成為未來MMC-HVDC項目的必然選擇。架空線路作為高壓直流的輸電線路在具有諸多優勢的同時，其較高的直流故障率也給工程運行中造成諸多問題。如何在MMC-HVDC系統直流側發生故障時，使MMC-HVDC具備故障穿越能力，是當前亟待解決的問題。

國內外大量研究表明，具備新型子模塊的MMC拓撲結構是實現直流故障穿越的可行方案。這類拓撲結構可以在故障時提供反向電壓，快速清除故障電流，防止功率器件過流。并且在IGBT閉鎖后，子模塊電容器電壓將保持一個接近穩態運行的恒定值，有利于系統的恢復。目前，對具有直流故障隔離能力的新型MMC拓撲結構的研究較多。根據MMC拓撲結構和故障隔離原理，可以分為兩類。一種類型是閉鎖型的MMC拓撲，另一種類型是無閉鎖穿越型的MMC拓撲。這種拓撲主要通過以下兩種方法實現故障穿越：(1)模塊閉鎖后，子模塊電容器處于負輸入狀態，并為故障電流路徑提供反向電動勢。從而清除故障電流，完成故障穿越。(2)模塊閉鎖后，故障電流通路中有反向串聯二極管。由于二極管的單一導電性，故障電流被阻斷，從而實現故障穿越。另一種類型是無閉鎖穿越型的MMC拓撲。這類拓撲實現故障穿越的關鍵在于子模塊正常運行狀態下可以輸出負電平。

在此基礎上，有學者提出兩類改進半橋型子模塊拓撲，在故障期間同樣是利用二極管的單向導通性阻斷故障電流的傳輸，而上述子模塊在直流側發生短路故障后閉鎖IGBT，由于二極管的單向導通性，使得拓撲內不存在完整的電流通路，從而阻斷了子模塊電容向故障點放電，實現了故障電流的阻斷。但并不能清除故障電流，能夠清除故障電流的MMC拓撲是全橋子模塊(Full Bridge Sub-module，FBSM)和箝位雙子模塊(Clamp DoubleSub-module，CDSM)，在發生直流故障時，閉鎖子模塊中所有IGBT，將電容反向投入從而實現直流故障電流的阻斷。但這兩種拓撲所用的模塊數量較多，成本較高，因而現在有人提出采用全橋-半橋混合拓撲，如附圖1所示，減少器件但故障后子模塊電容電壓差值比較大，不利于故障后的恢復。如何解決當前拓撲故障后快速清除電流和電壓不均衡的問題是目前亟待解決的。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出了一種具有自均壓能力的二極管鉗位混合MMC電路，所述MMC電路的橋臂上串聯多個混合電路子模塊Hybrid SM，每個混合電路子模塊Hybrid SM由一個半橋子模塊HBSM和一個全橋子模塊D-FBSM以及一個鉗位二極管D1組成，其中鉗位二極管D1的負極連接半橋子模塊HBSM的電容C1正極，鉗位二極管D1的正極連接到全橋子模塊D-FBSM的電容C2的正極，半橋子模塊HBSM的負極和全橋子模塊D-FBSM的正極相連。