[發明專利]一種新型子模塊、控制方法及其拓撲結構

在審

• 申請號: 201911420148.X
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111049406A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 楊岳峰;李啟晨;詹雄;張佃青;楊尚瑾;馬玲
• 申請（專利權）人: 南瑞集團有限公司;中電普瑞電力工程有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/501;H02M1/32;H02J3/36
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明涉及一種新型子模塊、控制方法及其拓撲結構，所述新型子模塊由直流端正極、直流端負極、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第一電容器、第二電容器以及晶閘管組成，該方案能夠有效解決柔性直流輸電直流側發生故障后的系統穩定性問題，提高直流系統的可靠性，降低設備的運行和維修成本。

技術領域

本發明涉及直流輸配電技術領域，具體涉及一種新型子模塊、控制方法及其拓撲結構。

背景技術

在已有柔性直流輸電工程中，常用的電壓源換流器包括兩電平換流器、二極管鉗位型三電平換流器和模塊化多電平換流器(MMC)。相比于兩電平換流器和二極管鉗位型三電平換流器，MMC存在顯著的優點：1、制造難度下降；2、故障損耗降低；3、產生的階躍電壓降低；4、輸出波形平滑并趨近于正弦波。基于上述特點，在柔性直流輸電工程中，采用MMC結構的換流器，可以顯著提高系統的可靠性，降低設備的成本。

在實際工程中，由于直流系統不存在過零點，因此當直流側發生故障的時候，故障電流的上升率較高，消除難度也大大高于交流側。當前已經投運的柔直工程中廣泛采用HBSM結構的半橋子模塊，當直流系統存在故障時，子模塊中的反并聯二極管依然能夠為故障電流提供通路，此時系統近似發生三相短路，且無法通過閉鎖換流器來切斷故障電流，故障電流過大會嚴重影響系統運行的可靠性。為解決上述問題，一般采用的是在交流側安裝交流斷路器，但是交流斷路器的動作時間慢，故障切除時間比較長，對于柔性直流輸電，不利于系統的恢復；或者在直流端安裝直流斷路器，但是直流斷路器的成本較高，且高壓大容量的直流斷路器依然處在工程可靠性長期驗證階段，相關技術尚不成熟。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種成本低、可靠性高并且具備有故障穿越能力的新型子模塊。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種新型子模塊，其改進之處在于，所述子模塊包括：直流端正極、直流端負極、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、第五IGBT、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第一電容器、第二電容器以及晶閘管；

所述第一IGBT與第一二極管反并聯，所述第二IGBT與第二二極管反并聯，所述第三IGBT與第三二極管反并聯，所述第四IGBT與第四二極管反并聯，所述第五IGBT與第五二極管反并聯；

所述第一IGBT的發射極與第二IGBT的集電極連接，所述第一電容器的兩端分別與第一IGBT的集電極和第二IGBT的發射極連接，所述第一IGBT的發射極與第二IGBT的集電極之間的連接點與所述直流端正極連接；

所述第三IGBT的發射極與第四IGBT的集電極連接，所述第四IGBT的發射極與所述第五IGBT的發射極連接，所述第三IGBT的集電極經過所述第二電容器與所述第四IGBT的發射極連接，所述第五IGBT的集電極與所述直流端負極連接；

所述第三IGBT的發射極與第四IGBT的集電極之間的連接點與所述第二IGBT的發射極連接；

所述第六二極管的正極與第五IGBT的集電極連接，所述第六二極管的負極與第三IGBT的集電極連接；

所述直流端正極與直流端負極接有所述晶閘管。

優選的，所述第一電容器的容值與第二電容器的容值相等。

一種基于所述的新型子模塊的拓撲結構，其改進之處在于，所述模塊化多電平換流器的子模塊的拓撲結構由三個并聯的橋臂組成，每個橋臂包括依次串聯的第一子模塊單元、第一電抗器、第二電抗器和第二子模塊單元。

優選的，所述第一子模塊單元和第二子模塊單元均由個串聯的模塊化多電平換流器的子模塊組成，其中，N為偶數。