一种具有直流短路故障自清除能力的mmc子模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。本实用新型MMC子模块由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、二极管、第一电容和第二电容构成；所述开关管为IGBT。本实用新型MMC子模块的工作过程等效为两个半桥模块，损耗较低，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力，且构成的器件数目较少。与现有的半桥子模块相比较，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力；与现有的全桥子模块相比较，开关数目有所减少；与现有的双钳位子模块相比较，减少了一个二极管，且工作过程中导通的开关管数目少，损耗较低。
【专利说明】一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及组合模块多电平变换器领域，具体涉及一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。
【背景技术】
[0002]随着高压直流输电的不断发展，多电平变换器得到了巨大的发展。其中，模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。
[0003]目前，MMC子模块主要有半桥子模块、全桥子模块和钳位双子模块。半桥子模块如图1所示，由两个开关管和一个电容构成，结构简单，但无法自清除直流输电系统直流侧的故障。全桥子模块如图2所示，由四个开关管和一个电容构成，当MMC直流侧发生短路故障时闭锁所有开关管，使全桥子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障，但开关管数目太多，成本高。钳位双子模块如图3所示，由五个开关管、两个二极管和两个电容构成，工作过程等效为两个半桥子模块，当MMC直流侧发生短路故障时闭锁所有开关管，使钳位双子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障。钳位双子模块与全桥子模块相比较开关数目有所减少，但器件数目依然很多。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种模具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。
[0005]本实用新型采用的技术方案是:
[0006]一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、二极管、第一电容和第二电容构成；所述开关管为IGBT ；MMC子模块的端口电压为ySM，MMC子模块的输入电流为iSM ;第一电容的电压为，第二电容的电压为Ua,且HUc, Uc为给定值。
[0007]第一开关管的发射极与第二开关管的集电极、二极管的阴极连接，第一开关管的集电极与第一电容的正极连接，第二开关管的发射极与第五开关管的发射极连接，第五开关管的集电极与第一电容的负极、第二电容的正极、第四开关管的集电极连接，第四开关管的发射极与第三开关管的集电极连接，第三开关管的发射极与二极管的阳极、第二电容的负极连接；第一开关管的发射极与第三开关管的集电极作为MMC子模块的输出端。
[0008]与现有技术相比，本实用新型具有的优势为:工作过程等效为两个半桥模块，损耗较低，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力，且构成的器件数目较少。与现有的半桥子模块相比较，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力；与现有的全桥子模块相比较，开关数目有所减少；与现有的双钳位子模块相比较，减少了一个二极管，且工作过程中导通的开关管数目少，损耗较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是已有的半桥子模块的电路结构图；
[0010]图2是已有的全桥子模块的电路结构图；
[0011]图3是已有的双钳位子模块的电路结构图；
[0012]图4是本实用新型的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块的电路结构图；
[0013]图5a、5b、5c、5d分别是图4所示电路正常工作的四种模态；
[0014]图6a、6b分别是图4所示电路闭锁情况的两种模态。
【具体实施方式】
[0015]为进一步阐述本实用新型的内容和特点，以下结合附图对本实用新型的具体实施方案进行具体说明，但本实用新型的实施不限于此。以下若有未特别详细说明的控制过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
[0016]参考图4，本实用新型的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块由第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、二极管D、第一电容C1和第二电容C2构成；所述开关管为IGBT ；MMC子模块的端口电压为《SM，MMC子模块的输入电流为iSM ;第一电容C1的电压为&，第二电容C2的电压为UC2, Uci等于Uci且为设定值Uc。
[0017]第一开关管T1的发射极与第二开关管T2的集电极、二极管D的阴极连接，第一开关管T1的集电极与第一电容C1的正极连接，第二开关管T2的发射极与第五开关管T5的发射极连接，第五开关管T5的集电极与第一电容C1的负极、第二电容C2的正极、第四开关管T4的集电极连接，第四开关管T4的发射极与第三开关管T3的集电极连接，第三开关管T3的发射极与二极管D的阳极、第二电容C2的负极连接；第一开关管T1的发射极与第三开关管T3的集电极作为MMC子模块的输出端。
[0018]本实用新型所提供的MMC子模块正常工作具有4个模态，在MMC正常运行时控制第五开关管T5 —直开通:
[0019]模态1:如图5a所示，控制第二开关管T2和第四开关管T4开通，第一开关管T1和第三开关管T3关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压《SM=0。当MMC子模块输入电流iSM>0时，电流的路径如虚线5al所示，电流iSM通过第二开关管T2、第四开关管T4和第五开关管T5的反并联二极管，第一电容C1和第二电容C2既不充电也不放电；当MMC子模块输入电流is?<0时，电流iSM通过第二开关管T2的反并联二极管、第四开关管T4和第五开关管T5,电流的路径如虚线5a2所示，第一电容C1和第二电容C2既不充电也不放电。
[0020]模态2:如图5b所示，控制第一开关管T1和第四开关管T4开通，第二开关管T2和第三开关管T3关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压内M=& (.Uc=Uci= uC2)a当MMC子模块输入电流iSM>0时，电流的路径如虚线5b2所示，电流iSM通过第一开关管T1的反并联二极管和第四开关管T4给第一电容C1充电，第二电容C2既不充电也不放电；当MMC子模块输入电流iSM〈0时，电流的路径如虚线5bl所示，第一电容C1通过第一开关管T1和第四开关管T4的反并联二极管放电，第二电容C2既不充电也不放电。
[0021 ] 模态3:如图5c所示，控制第二开关管T2和第三开关管T3开通，第一开关管T1和第四开关管T4关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压Usti=Uco当MMC子模块输入电流iSM>0时，电流的路径如虚线5cl所示，第一电容C1既不充电也不放电，电流iSM通过第二开关管T2、第三开关管T3的反并联二极管和第五开关管T5的反并联二极管给第二电容C2充电；当MMC子模块输入电流iSM〈0时，电流的路径如虚线5c2所示，第一电容C1既不充电也不放电，第二电容C2通过第二开关管T2的反并联二极管、第三开关管T3和第五开关管T5放电。
[0022]模态4:如图5d所示，控制第一开关管T1和第三开关管T3开通，第二开关管T2和第四开关管T4关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压uS}i=2uc。当MMC子模块输入电流is?>0时，电流的路径如虚线5dl所示，电流iSM通过第一开关管T1的反并联二极管和第三开关管T3的反并联二极管给第一电容C1和第二电容C2充电；当MMC子模块输入电流iSM〈0时，电流的路径如虚线5d2所示，第一电容C1和第二电容C2通过第一开关管T1和第三开关管T3放电。
[0023]当直流输电系统直流侧发生短路故障时，闭锁所有的开关管，即在MMC直流侧发生短路故障时控制所有开关管都关断，MMC子模块具有两个模态。
[0024]模态1:当MMC子模块输入电流iSM>0时，电流路径如图6a所示，MMC子模块的输出电压Um=Wc,电流iSM通过第一开关管T1的反并联二极管和第三开关管T3的反并联二极管给第一电容C1和第二电容C2充电。
[0025]模态2:当MMC子模块输入电流iSM〈0时，电流路径如图6b所示，MMC子模块的输出电压"SM=_仏，第一电容C1和第二电容C2通过二极管D和第四开关管T4的反并联二极管放电。
[0026]可见，当MMC直流侧发生短路故障时通过闭锁所有开关管，使MMC子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障。
[0027]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，其特征在于包括第一开关管(!\)、第二开关管(T2)、第三开关管(T3)、第四开关管(T4)、第五开关管(T5)、二极管(D)、第一电容(C1)和第二电容(C2);第一电容(C1)的电压为&，第二电容(C2)的电压为Uci ;第一开关管(T1)的发射极与第二开关管(T2)的集电极、二极管(D)的阴极连接，第一开关管(T1)的集电极与第一电容(C1)的正极连接，第二开关管(T2)的发射极与第五开关管(T5)的发射极连接，第五开关管(T5)的集电极与第一电容(C1)的负极、第二电容(C2)的正极、第四开关管(T4)的集电极连接，第四开关管(T4)的发射极与第三开关管(T3)的集电极连接，第三开关管(T3)的发射极与二极管(D)的阳极、第二电容(C2)的负极连接；第一开关管(T1)的发射极与第三开关管(T3)的集电极作为MMC子模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，其特征在于:所述开关管为IGBT。
【文档编号】H02M3/155GK204068699SQ201420520633
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】张波, 付坚, 丘东元 申请人:华南理工大学