具备直流故障穿越能力的混合子模块式mmc换流器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种具备直流故障穿越能力的混合子模块式MMC换流器。该混合子模块式MMC拓扑与半桥MMC类似，仍为三相六桥臂结构，但单个桥臂由m个半桥式子模块(HBSM)，n个全桥式子模块(FBSM)以及l个钳位双子模块(CDSM)依次级联而成；结合FBSM的高直流电压利用率、FBSM和CDSM共有的直流故障电流自清除以及HBSM的经济性优势，根据实际需求，对m、n以及l的数目进行优化选取，可以使该换流器应用于柔性直流输电系统，特别是对系统直流故障时投运率要求较高的场合，使其在具备直流故障穿越能力的同时，还能提升系统容量，节约经济成本。
【专利说明】具备直流故障穿越能力的混合子模块式MMC换流器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统柔性直流输配电、电力电子和用户电力【技术领域】，具体将涉 及一种具备直流故障穿越能力的柔性直流输电MMC换流阀拓扑。
【背景技术】
[0002] 直流短路故障是MMC-HVDC系统最为常见的一种故障，传统基于半桥式子模块的 MMC换流器在直流双极短路故障时无法通过闭锁子模块IGBT来切断交流系统向直流短路 点的馈能回路，必须快速跳开交流断路器或直流隔离开关以清除故障电流，这不仅增加了 系统成本，提高了对设备的技术要求，同时也降低了系统投运率，减慢了故障恢复速度。
[0003] 目前工程上大多采用制造难度大、成本高的直流电缆敷设线路以降低直流故障发 生率，但并不能从根本解决半桥式MMC换流器对直流故障的处理失效问题。鉴于此，通过换 流器自身控制实现故障电流自清除成为一种最经济有效的方法，也使得寻找具有直流故障 穿越能力的换流器拓扑成为研究趋势。
[0004] 目前能够穿越直流故障的换流器拓扑有两大类，一类是基于IGBT串联开关与全 桥子模块混联的混合式换流器拓扑，一类是由新型子模块拓扑，如全桥子模块或钳位双子 模块级联的模块化多电平换流器拓扑。前者结构复杂，控制难度高，不利于工程实施。后者 中全桥子模块式MMC除直流故障穿越能力外，还因子模块负电压特性能提高直流电压利用 率，从而提升系统容量；钳位双子模块式MMC则具有较全桥子模块更少的器件数，经济性更 高，但相比于半桥式MMC仍处于劣势。因此，非常有必要寻找一类优化的MMC拓扑，使其兼 具直流故障穿越功能、高容量与低成本等优势。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种新型的混合子模块式MMC换流器拓扑，其通过闭锁换流 器在具有直流故障穿越能力的同时，还能满足系统高容量和低成本的要求。
[0006] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0007] 具备直流故障穿越能力的混合子模块式MMC换流器，包括三相共六个桥臂，每个 桥臂均由m个半桥式子模块（HBSM)，η个全桥式子模块（FBSM)以及1个钳位双子模块 (CDSM)级联构成。
[0008] 在已知的系统有功功率Ρ、无功功率Q、总容量S、直流电压Ud。以及受器件电流应 力限制的桥臂电流I mi等条件的约束下，计算电网相电压峰值（换算到阀侧）Um = S · Udc/ (3Ia" · Utk-P)，并由此计算P、Q全额输出时系统满载调制度k ;当k < 1时，全桥子模块数 配置为η = 0 ;当k>l时，全桥子模块数n = (k-1) · Udc;/2/U。，其中U。为子模块电容额定电 压；考虑系统过载能力及电网电压波动范围。
【权利要求】
1. 具备直流故障穿越能力的混合子模块式MMC换流器，其特征在于，包括三相共六个 桥臂，每个桥臂均由m个半桥式子模块（HBSM)，η个全桥式子模块（FBSM)以及1个钳位双 子模块（CDSM)级联构成。
2. 根据权利要求1所述的具备直流故障穿越能力的混合子模块式MMC换流器，其特 征在于，在已知的系统有功功率Ρ、无功功率Q、总容量S、直流电压U d。以及受器件电流应 力限制的桥臂电流Imi等条件的约束下，计算电网相电压峰值（换算到阀侧）U m = S · Udc/ (3Ia" · Utk-P)，并由此计算P、Q全额输出时系统满载调制度k ;当k < 1时，全桥子模块数 配置为n = O ;当k>l时，全桥子模块数n = (k-1) · Udc;/2/U。，其中U。为子模块电容额定电 压。
3. 根据权利要求2所述的具备直流故障穿越能力的混合子模块式MMC换流器，其特征 在予，l>^liUml2IUc-n 〇
4. 根据权利要求3所述的具备直流故障穿越能力的混合子模块式MMC换流器，其特征 在于，m = UdeAJeH
【文档编号】H02M7/483GK104320011SQ201410558336
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】吴金龙, 杨美娟, 刘欣和, 张 浩, 李道洋, 王先为, 行登江 申请人:西安许继电力电子技术有限公司, 许继电气股份有限公司