个子模块进线端304相连接，同时新的半桥子模块3的子模 块出线端305作为新的出线端5。
[0044] 为了及时、完全的锁闭短路电流流过半桥子模块，只需要使二极管2的两端电压 值小于0即可。本实用新型中，当MCC发生直流侧短路故障时，带反向并联二极管的功率开 关管一 1、带反向并联二极管的功率开关管二301和带反向并联二极管的功率开关管=302 都处于锁闭状态。在运种状态下无论电流处于正半周或者负半周，根据基尔霍夫定律可知， 二极管2两端的电压值均小于0,所W本实用新型可W实现当直流侧短路故障时完全锁闭 短路电流流过半桥子模块，从而起到了保护电路，延长使用寿命的作用。
[0045] 当MMC发生直流侧短路故障时，闭锁所有的开关管，研究此时故障电流在集成子 模块中的流通路径是衡量直流故障穿越能力的关键。
[0046] 如图6所示，当流入集成子模块的电流方向为正时，电流的流通路径包括5个二极 管一3012值1、03、05、06、08)和4个电容（(：1、〔2、〔3、〔4)。
[0047] 如图7所示，当流过子模块的电流方向为负时，电流的流通路径包括5个二极管 值2、D4、D7、D8、D9)和 2 个电容（Cl、C2)。 W48]WA、C相为例，若直流侧发生故障，故障电流i〉0时，故障电流流经10个二极管 值1、03、05、06、08)，8个电容（(：1、〔2、〔3、〔4)^及2个电抗器1^。根据基尔霍夫电压定律， 有
[0049] Uac= 10ud+8Uc巧Ul(1)
[0050] 式中：U。。为交流线电压的瞬时值；IU为电抗器两端电压瞬时值；UD为二极管的电 压瞬时值；&为子模块直流侧电压。 阳0川 由式（1)得
[0052] 稱
[0053] 因此，为了能够阻断故障电流流过子模块，只要％<0即可实现。
[0054] 根据MMC的基本理论可知：
[00对 U^=4Uc，Uac<4Uc0)
[0056] 假设忽略电感电压A的影响，由式似可W得到能够阻断故障电流（即UD<〇)条 件为
[0057] Uac<8Uc(4)
[005引根据式做可W得到，11。。<化<811。，所W可W从理论上证明上述方案的有效性。
[0059] 当集成子模块所含的传统半桥子模块的数量分别为2、3时，同样可W达到抑制直 流侧故障电流的目的，因此为了降低成本，可W将2个或者3个半桥子模块做成一个集成 子模块与4个半桥子模块构成的集成子模块配合使用。因为当集成子模块所含半桥子模块 数为2或者3时，也同样可W达到阻断MMC直流短路故障的要求，但是此时集成子模块必须 包含前两个半桥子模块、反方向开关管和反向二极管。另外，当集成子模块所含半桥子模块 数大于4时，根据类似于半桥子模块数为4的分析，可W得出此时的集成子模块并不能满足 阻断直流侧故障电流的条件。
[0060] 本实用新型中带反向并联二极管的功率开关管一 1、带反向并联二极管的功率开 关管二301和带反向并联二极管的功率开关管=302为全控型晶体管器件，优选采用绝缘 栅双极型晶体管（IGBT)。绝缘栅双极型晶体管（IGBT)反应时间短，通断速度快，能够实现 对故障电流迅速锁闭；驱动功率小，减少了整个电路的功耗，节约能源；热稳定性好，在高 溫环境下能稳定工作。
[0061] 工作人员就能根据实际使用情况灵活配置半桥子模块的数量，降低本实用新型在 实际使用中的功耗，降低了生产成本。提高了控制效率。
[0062] 如图5所示，是本实用新型的仿真波形图。MMC系统模型的仿真参数为：直流侧电 压为20kV，集成子模块中半桥子模块直流侧电压为IkV，直流侧电容为15mF。负载模型的仿 真参数为：电阻为10欧姆，电感值为65mH。
[0063] 在0. 13s时，将MMC直流侧两极进行短路，并将所有带反向并联二极管的功率开关 管的口极信号关断；在0. 148s时，清除MMC的直流侧两极短路故障，并利用电网对MMC直流 侧电容进行充电；在0. 15s时，启动MMC并向所有的带反向并联二极管的功率开关管的口极 发送触发信号。 W64] 从仿真波形图上可W看出，在0. 13s之前，MMC输出S相对称的电流波形，在0. 13s至IJ0. 15s之间，由于MMC直流侧发生短路故障，集成子模块利用自身的阻断直流故障电流的 特性，使得在此期间，MMC桥臂电路和输出电流迅速降为0，避免了交流接触器动作的延时 导致其未能切断故障电流，达到阻断直流侧故障的目的，且阻断效果好，反应迅速。
【主权项】
1. 具有直流侧故障阻断能力的MMC子模块电路，包括两个半桥子模块、带反向并联二 极管的功率开关管一和二极管，半桥子模块包括带反向并联二极管的功率开关管二、带反 向并联二极管的功率开关管三和稳压电容，带反向并联二极管的功率开关管二与带反向并 联二极管的功率开关管三串联连接，稳压电容的正极端与所述带反向并联二极管的功率开 关管二的集电极连接，负极端与带反向并联二极管的功率开关管三的发射极连接，带反向 并联二极管的功率开关管二的发射极与带反向并联二极管的功率开关管三的集电极之间 为子模块进线端；稳压电容的负极端为子模块出线端， 其特征在于，所述半桥子模块其中一个与所述带反向并联二极管的功率开关管一的发 射极连接，另一个与所述带反向并联二极管的功率开关管一的集电极连接； 所述二极管的负极与和带反向并联二极管的功率开关管一的发射极连接的半桥子模 块中的带反向并联二极管的功率开关管二的集电极连接，正极与另一个半桥子模块中的带 反向并联二极管的功率开关管三的发射极连接。2. 根据权利要求1所述的具有直流侧故障阻断能力的MMC子模块电路，其特征在于，包 括进线端和出线端； 所述进线端与和带反向并联二极管的功率开关管一的发射极相连的半桥子模块的子 模块进线端相同，出线端与和带反向并联二极管的功率开关管一的集电极相连的半桥子模 块的子模块出线端相同。3. 根据权利要求1所述的具有直流侧故障阻断能力的MMC子模块电路，其特征在于，还 包括N个用于增容的半桥子模块。4. 根据权利要求3所述的具有直流侧故障阻断能力的MMC子模块电路，其特征在于， N=I时，用于增容的所述半桥子模块的子模块进线端与和带反向并联二极管的功率开关管 一的集电极连接的半桥子模块的子模块进线端相连； 用于增容的所述半桥子模块中稳压电容的负极端为新的出线端。5. 根据权利要求4所述的具有直流侧故障阻断能力的MMC子模块电路，其特征在于， N=2时，新增用于增容的所述半桥子模块的进线端与前一个用于增容的半桥子模块的出线 端相连； 新增加的所述增容模块中稳压电容的负极端为新的出线端。6. 根据权利要求1所述的具有直流侧故障阻断能力的MMC子模块电路，其特征在于，所 述稳压电容为电解电容。
【专利摘要】具有直流侧故障阻断能力的MMC子模块电路。涉及电力系统保护控制领域。能完全地锁闭短路电流，结构简单、所需器件少、集成度高。包括两个半桥子模块、带反向并联二极管的功率开关管一和二极管。半桥子模块一个与所述带反向并联二极管的功率开关管一的发射极连接，另一个与所述带反向并联二极管的功率开关管一的集电极连接。二极管的负极与和带反向并联二极管的功率开关管一的发射极连接的半桥子模块中的带反向并联二极管的功率开关管二的集电极连接，正极与另一个半桥子模块中的带反向并联二极管的功率开关管三的发射极连接。产品体积小，稳定性高；拓扑结构简单，成本低，易实现；配置灵活，降低功耗；时能够断开直流侧，响应迅速。
【IPC分类】H02M7/483, H02H7/122
【公开号】CN204906215
【申请号】CN201520664427
【发明人】沈飞, 吴志坚, 李培培, 王靓, 任洪强, 徐欢欢, 卜扬, 陈国宇
【申请人】江苏省电力公司扬州供电公司, 国家电网公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月28日