[發明專利]一種半橋改進型MMC子模塊拓撲結構及其控制方法

有效

• 申請號: 202111193496.5
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN113904573B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 王輝;張濤;郭柏
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/088;H02H7/26;H02J3/36
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

本公開提出了一種半橋改進型MMC子模塊拓撲結構及其控制方法，包括第一絕緣柵雙極晶體管、集電極與所述第一絕緣柵雙極晶體管發射極連接的第二絕緣柵雙極晶體管、發射極與所述第二絕緣柵雙極晶體管發射極連接的第三絕緣柵雙極晶體管、集電極與所述第三絕緣柵雙極晶體管集電極連接的第四絕緣柵雙極晶體管以及負極與所述第四絕緣柵雙極晶體管發射極連接的電容；所述電容的正極與所述第一絕緣柵雙極晶體管集電極連接，所述電容和所述第一絕緣柵雙極晶體管串聯支路上并聯有第五二極管，所述電容和所述第四絕緣柵雙極晶體管串聯支路上并聯有第六二極管；在系統反應故障階段，可以阻斷交流系統向短路點的饋能通路，實現直流故障穿越。

技術領域

本公開屬于模塊化多電平變換器技術領域，尤其涉及一種半橋改進型MMC 子模塊拓撲結構及其控制方法。

背景技術

光伏發電與風力發電等新能源形式在電力系統中的占比呈逐漸增長態勢， 新能源比重必然保持強勁增長勢頭。柔性直流輸電技術(VSC-HVDC)是新能 源自送端孤島系統送出至受端負荷中心的熱點技術與關鍵技術。自柔性直流輸 電的概念在上世紀提出以來，技術領域內相關問題的研究便從未停止過，按照 換流器類型經歷了從兩電平變換器到多電平變換器再到模塊化多電平變換器 (MMC-HVDC)的發展歷程。近些年來，MMC-HVDC因其諧波含量少，適用 于高壓大功率場合，易于擴展性等優勢成為業內研究的熱門方向。經過十余年 的研究進程，MMC-HVDC領域的相關問題研究已經趨于成熟。

在MMC-HVDC的諸多問題之中，直流側雙線短路故障一旦發生，由于直 流系統本身慣性很小，故障電流發展速度會很快，使得系統交流側斷路器來不 及反應切斷故障。如圖1所示，常用的半橋型子模塊拓撲在直流側故障時會通 過子模塊反并聯二極管D₁提供交流系統向直流側短路點饋能的通道，因此故障 電流不會自動清除；由于交流側斷路器切斷系統響應速度很慢，因此目前清除 直流側故障電流的研究方向主要為半橋子模塊+直流斷路器方案，該方案已經 應用于柔性直流輸電工程之中。

本公開發明人發現，半橋子模塊+直流斷路器方案，雖然高壓直流斷路器 可以實現3ms切斷直流側故障，但是采用的高壓直流斷路器仍然存在造價過高， 控制要求嚴密等主要問題；因此，需要設計一種具備直流側故障電流自動清除 能力的子模塊拓撲。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種半橋改進型MMC子模塊拓撲結構 及其控制方法；通過在半橋型子模塊支路上反向串聯額外的絕緣柵雙極型晶體 管，以及在半橋型子模塊上設置兩個二極管；在系統反應故障階段，短路電流 對電容充電，子模塊向系統提供反向電壓，可以阻斷交流系統向短路點的饋能 通路，實現直流故障穿越。

為了實現上述目的，第一方面，本公開提供了一種半橋改進型MMC子模 塊拓撲結構，采用如下技術方案：

一種半橋改進型MMC子模塊拓撲結構，包括第一絕緣柵雙極晶體管、集 電極與所述第一絕緣柵雙極晶體管發射極連接的第二絕緣柵雙極晶體管、發射 極與所述第二絕緣柵雙極晶體管發射極連接的第三絕緣柵雙極晶體管、集電極 與所述第三絕緣柵雙極晶體管集電極連接的第四絕緣柵雙極晶體管以及負極與 所述第四絕緣柵雙極晶體管發射極連接的電容；所述電容的正極與所述第一絕 緣柵雙極晶體管集電極連接，所述電容和所述第一絕緣柵雙極晶體管串聯支路 上并聯有第五二極管，所述電容和所述第四絕緣柵雙極晶體管串聯支路上并聯 有第六二極管。

進一步的，所述第一絕緣柵雙極晶體管、所述第二絕緣柵雙極晶體管、所 述第三絕緣柵雙極晶體管和所述第四絕緣柵雙極晶體管上分別反并聯有第一二 極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管。

進一步的，所述第五二極管連接在所述電容負極與所述第二二極管陰極之 間，所述第六二極管連接在所述電容正極與所述第三二極管陰極之間。

進一步的，所述第五二極管的陽極與所述電容的負極連接，陰極與所述第 二二極管的陰極連接；所述第六二極管的陽極與所述第三二極管的陰極連接， 陰極與所述電容的陽極連接。