[發明專利]柔性直流輸電系統中具備直流故障穿越能力的三相串聯CA-MMC及系統

有效

• 申請號: 202010573919.5
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111682576B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 王燦;徐杰雄
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）（哈爾濱工業大學深圳科技創新研究院）
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02M7/483;H02M1/32
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 黎健任

本發明提供了一種柔性直流輸電系統中具備直流故障穿越能力的三相串聯CA?MMC及系統，該三相串聯CA?MMC由三相MMC串聯構成，每相MMC有四個橋臂，四個橋臂包括左上橋臂、左下橋臂、右上橋臂和右下橋臂。本發明的有益效果是：本發明三相串聯CA?MMC用于功率分支站既保留了三相串聯AH?MMC具備直流故障穿越能力的優點，同時進一步提高經濟性。與具有相同直流故障穿越能力的三相串聯AH?MMC相比，其全控子模塊減少了二分之一，降低了成本，具有良好的經濟性。三相串聯CA?MMC能夠克服現有技術的不足，在高壓大功率的輸電網中具有明顯的應用優勢，如調節精確迅速。

技術領域

本發明涉及電力電子技術技術領域，尤其涉及一種柔性直流輸電系統中具備直流故障穿越能力的三相串聯CA-MMC及系統。

背景技術

隨著偏遠地區的開發及柔性直流輸電技術的大規模應用，直流輸電系統線路走廊附近的地區存在從直流輸電線路獲取電力的需求，如部分海島由于地形等原因建設具有較大規模的新能源電站不可行，能量的短缺嚴重限制了當地居民的生活及經濟發展；有些海島清潔能源豐富卻無經濟的電力輸送通道和途徑將其引出造成資源浪費。于是借助已有的直流輸電線路走廊，建立和發展一種經濟有效的功率分支站可以推動其輸電走廊沿線經濟發展，工程應用價值重大。為保證輸電經濟性，需采用架空線路，而這種裸露的線路容易發生短路、閃絡等暫時性的故障，因此對直流輸電系統有著處理直流側短路故障途徑的要求。利用換流器自身控制來實現直流側故障的快速自清除特別適合直流輸電網絡。

三相串聯CA-MMC在三相串聯AH-MMC基礎上減少了二分之一的全控子模塊，且同樣具備直流故障穿越的能力。目前，針對三相串聯AH-MMC的研究主要集中在其自身運行機理、數學模型、諧波模型及其交流側出現不平衡故障時各相間的直流電壓平衡問題上，而三相串聯CA-MMC拓撲用于直流輸電功率分支站方面的研究還未見報道。因此，三相串聯CA-MMC提出對于柔性直流輸電系統具有積極的意義和重要的實用價值。

AH-MMC是Asymmetric Hybrid MMC的英文縮寫，AH-MMC的中文含義是：不對稱混合模塊化多電平換流器。

發明內容

本發明在三相串聯AH-MMC拓撲用作功率分支站基礎上，針對其經濟性并保持其直流故障穿越能力，提出了一種柔性直流輸電系統中具備直流故障穿越能力的三相串聯CA-MMC。三相串聯CA-MMC能夠進一步提高功率分支站的經濟性，且同樣具備直流故障穿越的能力。

本發明提供了一種柔性直流輸電系統中具備直流故障穿越能力的三相串聯CA-MMC，該三相串聯CA-MMC由三相MMC串聯構成，每相MMC有四個橋臂，四個橋臂包括左上橋臂、左下橋臂、右上橋臂和右下橋臂，所述左上橋臂由HBSM構成，所述左下橋臂由FBSM構成，所述右上橋臂由直流穩壓電容構成，所述右下橋臂由半控型晶閘管全橋子模塊構成；該三相串聯CA-MMC輸出交流電壓ua、ub、uc，當直流側電壓Udc由于直流短路故障降為0時，左下橋臂的FBSM將產生負電壓使其與左上橋臂電壓之和為零，同時右下橋臂的半控型晶閘管全橋子模塊也產生負電壓與右上橋臂的直流穩壓電容電壓之和為零來熄滅直流故障的故障電流。

作為本發明的進一步改進，所述左上橋臂由多個HBSM串聯構成，所述左下橋臂由多個FBSM串聯構成，該三相串聯CA-MMC還包括橋臂電抗器，所述橋臂電抗器一端與所述左上橋臂相連，所述橋臂電抗器另一端與所述左下橋臂相連。

作為本發明的進一步改進，所述HBSM包括第一全控開關器件、第二全控開關器件、第一開關器件反并聯二極管、第二開關器件反并聯二極管、第一電容，所述第一全控開關器件和所述第二全控開關器件相連，所述第一開關器件反并聯二極管與所述第一全控開關器件相連，所述第二開關器件反并聯二極管與所述第二全控開關器件相連，所述第一電容一端與所述第一全控開關器件相連，所述第一電容另一端與所述第二全控開關器件相連。