一种带直流故障清除功能的模块化多电平换流器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种带直流直流故障清除功能的模块化多电平换流器，属于电气自动化设备领域。
【背景技术】
[0002]模块化多电平电压源变流器在实现架空线直流输电时，需解决直流侧短路的保护问题。目前常用的方法有:I)模块化多电平功率模块(MMC功率模块)桥臂下管反并联可控硅，利用该可控硅来承受大的短路电流，并等待交流侧开关跳闸；2)采用钳位双子模块(CDSM)中的保护IGBT来实现直流短路电流的快速关断。CDSM的缺点是:I)保护IGBT及相应的钳位二极管电压电流容量与主功率器件相同，成本高；2)保护IGBT及其续流二极管轮换工作在导通状态，由于其正向压降大，导通损耗大。因此，需要一种成本较低且运行损耗较小的带直流故障清除的模块化多电平换流器。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提出一种带直流故障清除功能的模块化多电平换流器，以克服现有技术之不足，使用保护IGBT结合成本较低的可控硅器件来实现直流短路电流的清除，降低变流器整体成本并降低运行损耗。
[0004]本实用新型提出的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器，包括三台上换流臂、三台下换流臂、第一组三台滤波电抗器和第二组三台滤波电抗器;所述的三台上换流臂的三个正极端连接到一起后作为所述的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器的直流正极端，三台上换流臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，第一组三台滤波电抗器的另一端分别作为所述的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器的三相交流相线端;三台下换流臂的三个负极端连接到一起后作为所述的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器的直流负极端，三台下换流臂的三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到所述的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器的三相交流相线端。
[0005]上述的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器中，所述的上换流臂，包括多个A型功率模块，多个A型功率模块采用串联连接形成一个正极端和一个负极端;所述的下换流臂，包括多个B型功率模块，多个B型功率模块采用串联连接形成一个正极端和一个负极端。
[0006]上述的上换流臂中，所述的A型功率模块包括第一直流电容器Cl、第二直流电容器C2、第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第五半导体开关S5、第一续流二极管Dl、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第一阻容吸收电路CS/RS、第一均压电阻RJ、第一充电二极管D6、第二充电二极管D7、限流电阻RL;所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4和第五半导体开关S5的集电极分别与所述的第一续流二极管Dl、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4和第五续流二极管D5的阴极相连接，第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4和第五半导体开关S5的发射极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4和第五续流二极管D5的阳极相连接;所述的第一半导体开关SI的发射极和第二半导体开关S2的集电极相连接作为A型功率模块的正极端，所述的第三半导体开关S3的发射极和所述的第四半导体开关S4的集电极相连接作为A型功率模块的负极端;所述的第一直流电容器Cl的正极端与所述的第一半导体开关SI的集电极相连接，第一直流电容器Cl的负极端与第二半导体开关S2的发射极以及第五半导体开关S5的发射极相连接;所述的第二直流电容器C2的正极端与第三半导体开关S3的集电极以及第五半导体开关S5的集电极相连接，第二直流电容器C2的负极端与第四半导体开关S4的发射极相连接;所述的第一阻容吸收电路CS/RS和所述的第一均压电阻RJ分别并联于第五半导体开关S5的集电极和发射极;所述的第一充电二极管D6的阳极连接到第五半导体开关S5的集电极，第一充电二极管D6的阴极连接到第一半导体开关SI的集电极;所述的第二充电二极管D7的阴极连接到所述的第五半导体开关S5的发射极，第二充电二极管D7的阳极连接到限流电阻RL的一端，限流电阻RL的另一端连接到所述的第四半导体开关S4的发射极。
[0007]上述的下换流臂中，所述的B型功率模块包括第三直流电容器C3、第四直流电容器C4、第六半导体开关S6、第七半导体开关S7、第八半导体开关S8、第九半导体开关S9、第十半导体开关SlO、保护可控硅SI 1、第六续续流二极管D8、第七续流二极管D9、第八续流二极管D10、第九续流二极管D11、第十续流二极管D12、第^^一续流二极管D13、第二阻容吸收电路CS1/RS1、第二均压电阻RJ1、第三充电二极管D14和第四充电二极管D15;所述的第六半导体开关S6、第七半导体开关S7、第八半导体开关S8、第九半导体开关S9和第十半导体开关SlO的集电极分别与所述的第六续流二极管D8、第七续流二极管D9、第八续流二极管D10、第九续流二极管Dll和第十续流二极管D12的阴极相连接，第六半导体开关S6、第七半导体开关
S7、第八半导体开关S8、第九半导体开关S9和第十半导体开关SlO的发射极分别与第六续流二极管D8、第七续流二极管D9、第八续流二极管DlO、第九续流二极管Dl I和第十续流二极管D12的阳极相连接;所述的保护可控硅Sll的阳极与所述的第十一续流二极管D13的阴极相连接，保护可控硅Sll的阴极与第十一续流二极管D13的阳极相连接;所述的第六半导体开关S6的发射极和第七半导体开关S7的集电极相连接作为B型功率模块的正极端，所述的第八半导体开关S8的发射极与所述的第九半导体开关S9的集电极相连接作为B型功率模块的负极端;所述的第三直流电容器C3的正极端与所述的第六半导体开关S6的集电极相连接，第三直流电容器C3的负极端与第七半导体开关S7的发射极、第十半导体开关SlO的发射极及保护可控硅Sll的阴极相连接;所述的第四直流电容器C4的正极端与第八半导体开关S8的集电极、第十半导体开关SlO的集电极以及保护可控硅Sll的阳极相连接，第四直流电容器C4的负极端与第九半导体开关S9的发射极相连接;所述的第二阻容吸收电路CS1/RS1和所述的第二均压电阻RJl分别并联于第十半导体开关SlO的集电极和发射极，所述的第三充电二极管D14的阳极连接到第十半导体开关SlO的集电极，所述的第三充电二极管D14的阴极连接到第六半导体开关S6的集电极;所述的第四充电二极管D15的阴极连接到所述的第十半导体开关SlO的发射极，所述的第四充电二极管D15的阳极连接到所述的第九半导体开关S9的发射极。
[0008]本实用新型提出的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器，其优点是:使用保护IGBT结合成本较低的可控硅器件来实现直流短路电流的清除，降低变流器整体成本并降低运行损耗。基于本实用新型的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器可以应用于架空线柔性直流输电(VSC-HVDC)等。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器的电路原理图。
[0010]图2为图1所示的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器中上换流臂的电路原理图。
[0011]图3为图1所示的带直流故障清除功能的模块化多电平换流器中下换流臂的电路原理图。
[0012]图4为图2所示的上换流臂中A型功率模块的电路原理图。
[0013]图5为图3所示的上换流臂中B型功率模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0014]本实用新型提出的带直流故障