[發明專利]一種具備直流故障清除和均壓能力的混合橋臂拓撲結構

在審

• 申請號: 202110798199.7
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113472229A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 束洪春;包廣皎;江耀曦;邵宗學;廖孟黎;王文韜
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/32;H02J3/36
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 王鵬飛

本發明涉及一種具備直流故障清除和均壓能力的混合橋臂拓撲結構，屬于高壓直流輸電技術領域。包括新型半橋混合子模塊和全橋子模塊，共N個子模塊，子模塊之間互相連接，其中，第1～K個子模塊為新型半橋混合子模塊，第K+1～N個子模塊為全橋子模塊，第K個新型半橋混合子模塊與第K+1個全橋子模塊相連，第K+1個全橋子模塊的電壓正極輸入端口與第K個新型半橋混合子模塊電壓負極輸出端口相連，第K+1個全橋子模塊的電壓負極輸出端口與第K+2個全橋子模塊的電壓正極輸入端口相連。本發明、與傳統半橋子模塊構成的橋臂相比，具備直流側故障自清除能力；在滿足故障電流自清除的情況下，與全橋和半橋子模塊構成的橋臂相比，可以降低全橋子模塊的數量。

技術領域

本發明涉及一種具備直流故障清除和均壓能力的混合橋臂拓撲結構，屬于高壓直流輸電技術領域。

背景技術

隨著電力電子技術、風能、太陽能等可再生清潔能源的快速發展，以具備自關斷能力的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為換流器件被廣泛應用到柔性直流輸電領域。采用基于模塊化多電平換流器(MMC)的輸電技術已成為大規模清潔能源接入電網的有效方案。MMC的橋臂結構是由多個結構相同的子模塊按照一定的排列組合順序級聯在一起，目前比較常見的子模塊有半橋子模塊、全橋子模塊、鉗位雙子模塊等。MMC具有可靈活控制有功功率和無功功率，直流電壓和電流，不存在換相失敗，交流輸出電壓電流諧波小和波形質量高等優勢，模塊化結構易于封裝和擴展，得到了各科研機構和工程技術領域的廣泛關注。

由于柔性直流輸電系統較交流系統有較低的阻尼特性，直流故障情況下，短路電流較大，嚴重威脅著子模塊的安全運行，所以直流短路故障是現在亟待需要解決的技術難題。在實際工程中，考慮到經濟特性，一些直流輸電工程采用半橋子模塊，直流側發生短路故障時，故障電流主要包括兩個部分：一部分是在故障發生時刻或故障后很短時間內電容放電產生，此部分故障電流可通過閉鎖IGBT晶體管快速清除，另一部分是故障較長時間內交流系統通過半橋子模塊反并聯的二極管形成短路回路，此故障電流為不控整流，無法通過閉鎖晶體管來清除，嚴重威脅著系統的安全穩定。同時直流電流本身不具有像交流系統具有自然過零點特性，直流側電抗器內存儲著巨大能量，增大了直流故障電流的開斷難度，使得開斷短路器工作條件惡劣。為解決這一問題，有關學者提出了具備直流故障電流自清除能力的全橋子模塊，與半橋子模塊相比增加了一半的開關器件，開關損耗也增加一倍，經濟性能較差。在±800kV昆柳龍混合多端直流輸電工程中，率先使用全橋和半橋子模塊級聯組成的橋臂拓撲，對故障電流的自清除能力具有較好的特性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是是基于全橋和新型半橋混合子模塊組成的橋臂拓撲結構下，交流側通過半橋子模塊反并聯的續流二極管放電產生較大的故障電流，無法通過閉鎖換流器來清除故障電流的問題。

本發明提供一種具備直流故障清除和均壓能力的混合橋臂拓撲結構，對原先的半橋子模塊間的連接方式進行改進，讓其像全橋子模塊一樣對故障電流進行自清除。這樣可以降低原先的橋臂拓撲中全橋子模塊的使用數量。

本發明的技術方案是：一種具備直流故障清除和均壓能力的混合橋臂拓撲結構，包括依次相連的新型半橋混合子模塊和全橋子模塊，共N個子模塊。所述新型半橋混合子模塊和全橋子模塊均包括端口，所述端口分為電壓正極輸入端口和電壓負極輸出端口，可連接另一個新型半橋子模塊或者全橋子模塊。

所述新型半橋混合子模塊的電壓正極輸入端連接上一個新型半橋混合子模塊或全橋子模塊的輸出端，電壓負極輸出端連接下一個新型半橋混合子模塊或全橋子模塊的輸入端；全橋子模塊的的電壓正極輸入端連接上一個新型半橋混合子模塊或全橋子模塊的的輸出端，電壓負極輸出端連接下一個新型半橋混合子模塊或全橋子模塊的輸入端。

第1～K個子模塊為新型半橋混合子模塊級聯，第K+1～N個子模塊為全橋子模塊級聯，第K個新型半橋混合子模塊的電壓負極輸出端連接第K+1個全橋子模塊的電壓正極輸入端。第1個新型半橋混合子模塊的電壓正極輸入端連接直流母線的正極，第N個全橋子模塊的輸出端通過橋臂電感L₀與交流系統連接。