[發明專利]一種低全橋比例子模塊混合型MMC及其直流故障處理策略

有效

• 申請號: 202010123850.6
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111224569B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 徐政;徐雨哲;張哲任
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M7/5387;H02H7/26;H02H3/06;H02J3/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種低全橋比例子模塊混合型MMC及其直流故障處理策略，該混合型MMC通過在直流故障處理過程中在換流器交流側人為制造三相相間短路，阻止交流側能量進入直流系統，大大降低了處理直流故障所需要的全橋子模塊比例，且與高全橋比例的子模塊混合型MMC擁有相同的直流故障處理速度，故障處理過程中人為制造的三相相間短路故障持續時間不超過30ms，不會對交流系統產生較大影響。本發明MMC相比已有的子模塊混合型MMC，在使用更少的全橋子模塊情況下同樣能夠處理直流故障，能夠減少所需的電力電子器件數量，大大降低了建設架空線高壓柔性直流輸電系統的成本，在工程中具有非常強的參考意義與使用價值。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種低全橋比例子模塊混合型MMC及其直流故障處理策略。

背景技術

隨著電力電子技術的蓬勃發展，基于模塊化多電平換流器(modular multilevelconverter，MMC)的高壓直流輸電(high voltage direct current，HVDC)技術正受到越來越多的關注。和其他電壓源型換流器拓撲相比，模塊化多電平換流器具有顯著優勢，由于采用基本運行單元級聯的形式，該拓撲避免了大量開關器件直接串聯，不存在一致觸發等問題；該拓撲可在保證經濟性的同時輸出高品質電壓波形，因此近年來被迅速應用到新能源并網、海上風電送出等場合。

采用架空線輸電線路的MMC-HVDC面臨的主要問題是如何處理直流線路故障，目前可行的直流故障處理方案主要分為兩種：1.使用直流斷路器；2.使用具有直流故障自清除能力的子模塊(如全橋子模塊、鉗位雙子模塊或其他變型子模塊)。第一種方式采用基于半橋子模塊的模塊化多電平換流器加直流斷路器方案，這種構網方式適用于端數任意多的直流電網；第二種構網方式采用具有直流故障自清除能力的MMC，例如采用基于全橋子模塊的MMC，但無需直流斷路器，這種構網方式適用于端數小于10的小規模直流電網。采用半橋子模塊MMC加直流斷路器的構網方式時，直流線路故障期間通常要求換流站繼續運行，不能閉鎖，故障線路由直流斷路器快速切除，其故障處理原則與交流電網類似。采用無直流斷路器的構網方式時，直流線路故障期間網內相關換流器閉鎖，閉鎖后10ms左右故障電流到零并穩定于零值，再通過隔離開關隔離故障線路，然后相關換流器解鎖重新恢復送電，從故障開始到恢復送電的時間一般在20ms左右，通常對交流電網的沖擊在可以承受的范圍之內。

當采用半橋子模塊MMC加直流斷路器的方式來構成直流電網時，直流斷路器就成為直流電網的關鍵性元件。目前高壓直流斷路器構造方案主要集中于3種類型，分別是基于常規開關的傳統機械型斷路器、基于純電力電子器件的固態斷路器和基于二者結合的混合型斷路器；雖然目前已開發出技術上可行的高壓直流斷路器，但其成本高昂，體積巨大，難以像交流斷路器那樣在電網中廣泛使用。

而當采用具有直流故障自清除能力的MMC來構成直流電網時，以全橋子模塊為例，與相同容量和電壓等級的半橋子模塊MMC相比，全橋MMC使用的電力電子器件個數幾乎為其兩倍，不僅增加投資成本，而且引入了更多的運行損耗。

因此有文獻提出了由半橋子模塊和全橋子模塊共同構成的子模塊混合型MMC換流站，不僅擁有直流故障處理的能力，同時相比全橋MMC一定程度上減少了電力電子器件個數和運行損耗。然而為了滿足直流故障處理速度的需求，通常要求子模塊混合型中的全橋子模塊數量占所有子模塊的50％以上，而在現有實際工程中甚至達到了75％，這大大減弱了子模塊混合型MMC相對于全橋MMC的優勢，增加了建造成本和運行損耗。

發明內容

鑒于上述，本發明提出了一種低全橋比例子模塊混合型MMC及其直流故障處理策略，該混合型MMC所需全橋子模塊比例較低，且與高全橋比例的子模塊混合型MMC擁有相同的直流故障處理速度，大大降低了建設架空線高壓柔性直流輸電系統的成本，在工程中具有非常強的參考意義與使用價值。