[發明專利]具有故障阻斷能力的電流主動轉移型MMC電力電子變壓器

有效

• 申請號: 202010809714.2
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111682788B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 董闊軍;董建軍;張金誠;陳斌;呂洪偉;陳武;陳錚
• 申請（專利權）人: 山東晨宇電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02H7/125
• 代理公司: 山東華君知識產權代理有限公司 37300
• 代理人: 李艷

本申請公開了具有故障阻斷能力的電流主動轉移型MMC電力電子變壓器，包括模塊化多電平換流器，模塊化多電平換流器包括A相上橋臂、A相下橋臂、B相上橋臂、B相下橋臂、C相上橋臂和C相下橋臂，A相上橋臂、A相下橋臂、B相上橋臂、B相下橋臂、C相上橋臂和C相下橋臂均包括電感和若干串聯的半橋子模塊HB；所述模塊化多電平換流器還包括斷流支路、能量吸收支路、橋臂阻斷支路。具有以下優點：解決了半橋型MMC無法阻斷直流短路故障、采用直流斷路器或者改進子模塊的方案又存在技術不成熟、成本過高、控制復雜等不足，能夠快速地清除直流短路故障，而且附加電力電子器件少、控制簡單。

技術領域

本發明涉及模塊化多電平換流器技術領域，尤其涉及具有故障阻斷能力的電流主動轉移型MMC電力電子變壓器。

背景技術

MMC（模塊化多電平換流器）具有動態無功支撐，有功無功控制解耦，輸出諧波特性優良等優點，因而在柔性直流輸配電領域得到廣泛應用，但是直流系統特有的“低阻尼”、“低慣性”的特點導致其故障發展速度極快；同時考慮到多種形式的遠距離、大規模新能源并網的需求，采用架空線路作為輸電方式顯得更為合適。但是架空線路較電纜相比更易發生短路故障。若換流器仍采用半橋型MMC，即使閉鎖換流器也無法清除故障電流，這限制了柔性直流電網的大規模推廣。

針對架空線路中出現的直流短路故障，現今主要有兩種解決方案。一是采用直流斷路器，以研究應用較廣的混合型直流斷路器為例，其存在的缺點是：吸收故障能量的電力電子支路需要大量的全控型電力電子器件，導致直流斷路器的造價昂貴；主支路機械開關的使用又延長了故障清除時間；受限于絕緣柵雙極型晶體管IGBT的通流能力，快速大容量直流斷路器的研制仍是難點。二是采用各種改進的子模塊拓撲結構，如鉗位雙子模塊，全橋子模塊等，但是這些改進的子模塊均通過增加較多的開關管數量、損耗、控制復雜程度來獲得直流故障阻斷能力，控制復雜且不具較好的經濟性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對以上不足，提供具有故障阻斷能力的電流主動轉移型MMC電力電子變壓器，解決了半橋型MMC無法阻斷直流短路故障、采用直流斷路器或者改進子模塊的方案又存在技術不成熟、成本過高、控制復雜等不足，能夠快速地清除直流短路故障，而且附加電力電子器件少、控制簡單。

為解決以上技術問題，本發明采用以下技術方案：

具有故障阻斷能力的電流主動轉移型MMC電力電子變壓器，包括模塊化多電平換流器，模塊化多電平換流器包括A相上橋臂、A相下橋臂、B相上橋臂、B相下橋臂、C相上橋臂和C相下橋臂，A相上橋臂、A相下橋臂、B相上橋臂、B相下橋臂、C相上橋臂和C相下橋臂均包括電感和若干串聯的半橋子模塊HB；

所述模塊化多電平換流器還包括斷流支路，斷流支路用于轉移正極直流線路的故障電流；

所述模塊化多電平換流器還包括能量吸收支路，能量吸收支路用于吸收平波電抗器和線路電感中所儲存故障能量；

所述模塊化多電平換流器還包括橋臂阻斷支路，橋臂阻斷支路用于接收轉移的正極直流線路故障電流，并在故障阻斷過程中吸收C相上橋臂和C相下橋臂電感中殘余的故障能量。

進一步的，所述斷流支路是由一個絕緣柵雙極型晶體管IGBT和若干個雙向晶閘管組串聯組成，其中雙向晶閘管是由兩個單向晶閘管反并聯而成；

所述C相下橋臂還包括若干個串聯的全橋子模塊FB，能量吸收支路由二極管組和C相下橋臂的全橋子模塊組成；

所述橋臂阻斷支路由反向串聯的絕緣柵雙極型晶體管IGBT和金屬性氧化物避雷器并聯組成。

進一步的，所述模塊化多電平換流器的直流出口連接有平波電抗器，斷流支路設置在直流出口與平波電抗器之間。

進一步的，所述二極管組由若干個二極管串聯而成，二極管組的陰極與斷流支路和平波電抗器的公共端相連，二極管組的陽極與串聯的全橋子模塊的正極端相連。