一种具有直流短路电流自清除能力的mmc三电平子模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块，能够快速清除短路故障电流，从而避免交流断路器动作，提高系统稳定性。本实用新型一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块主要包括：开关管1、开关管2、开关管3、开关管4、电容1和电容2；所述开关管为IGBT和反并联二极管。当换流器处于正常工作时，本实用新型三电平子模块输出三种电平电压，其作用等同两个半桥子模块。在输出相同电平数电压情况下，与现有的半桥子模块相比较，具备直流短路电流自清除能力，与全桥子模块相比较，无需要增加开关管的数量，减小换流器成本和工作损耗。
【专利说明】
一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块
技术领域
[0001 ]本使用新型涉及MMC换流器领域，尤其是一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块。
技术背景
[0002]随着现代电力电子技术的快速发展，基于模块化多电平换流器(ModuleMultilevel Converter，MMC)的高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)系统应运而生，受到社会的广泛关注。MMC采用模块化的拓扑结构，同时具有结构简单、易于扩展、低谐波含量、低损耗等一系列的优点，在可再生能源并网、城市电网供电和异步交流电网互联等场合有着巨大的应用前景。
[0003]为了解决传统MMC不具备清除直流短路电流能力的问题，目前主要提出双向反并联晶闸管子模块、全桥子模块和钳位双子模块。如图1所示，双向反并联晶闸管子模块结构，在直流故障发生后，通过闭锁子模块中的IGBT，同时导通双向反并联晶闸管，将直流短路转化为交流短路，保护续流二极管，从而实现了直流侧故障电流的自然衰减。但由于实际电路参数不同，容易出现故障电流衰减缓慢的现象，故障电流自清除效果不理想。全桥子模块结构，虽然可以有效的抑制短路电流，但是使用的器件数量是传统半桥型的两倍，经济效益较差。钳位双子模块进一步减少功率器件数量，但与半桥子模块相比较，器件数量依然很多。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供了一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块，能够快速清除直流短路故障电流，从而避免交流断路器动作，提高系统的稳定性。
[0005]本实用新型提供了一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块，包括开关管I (Tl和Dl)、开关管2(T2和D2)、开关管3(Τ3和D3)、开关管4(Τ4和D4)、电容I和电容2;电容I的电压为Uci，电容2的电压为Uc2;所述开关管为IGBT和反并联二极管;开关管I的发射极与开关管2的集电极连接，开关管I的集电极与电容I的正极的连接，开关管2的发射极与电容2的负极、开关管4的发射极连接，开关管4的集电极与开关管3的发射极连接，电容I的负极与电容2的正极、开关管3的集电极连接。
[0006]所述的MMC三电平子模块，开关管I的发射极作为三电平子模块输出端的正极，开关管4的集电极作为三电平子模块输出端的负极，输出电压为Umjt，三电平子模块输入电流i的参考方向与所述输出电压U—的参考方向相同，Uci = Uc2 =电容电压额定值Ucref。
[0007]所述的丽C三电平子模块在正常工作时输出三种电平电压(0、Ucref和2Ucref)，其作用等效两个半桥子模块。当故障发生时，闭锁所有IGBT，所述的MMC三电平子模块输出电压为-UCTrf或者，从而达到迅速闭锁故障电流的目的。
[0008]与现有的直流短路电流自清除子模块相比较，本实用新型的优势为:在输出相同电平数电压条件下，与双并联晶闸管子模块相比较，所述MMC三电平子模块可以快速清除故障电流，且不受实际电路参数的影响。与全桥子模块和钳位双子模块相比较，所述三电平子模块无需增加功率器件数量，即可实现直流短路故障电流自清除，且工作过程中导通开关管数目少，损耗较低。
【附图说明】
[0009 ]图1(a)、1(b)和1(c)分别为双向反并联晶闸管子模块、全桥子模块和钳位双子模块拓扑。
[0010]图2为本实用新型一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块拓扑。
[0011]图3(a)、3(b)和3(c)分别为本实用新型一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块稳态条件下的1、2、3三种工作模式。
[0012]图4(a)和图4 (b)分别为本实用新型一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块电路闭锁后的两个工作模式。
【具体实施方式】
[0013]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【具体实施方式】进行说明，但本实用新型的实施不限于此。以下若有未特别说明的控制过程，均为本领域技术人员可参照现有控制技术实现的。
[0014]参照图2，所述的一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块拓扑包括开关管I (Tl和Dl)、开关管2(T2和D2)、开关管3(Τ3和D3)、开关管4(Τ4和D4)、电容I和电容2;电容I的电压为Uci，电容2的电压为Uc2;所述开关管为IGBT和反并联二极管;开关管I的发射极与开关管2的集电极连接，开关管I的集电极与电容I的正极的连接，开关管2的发射极与电容2的负极、开关管4的发射极连接，开关管4的集电极与开关管3的发射极连接，电容I的负极与电容2的正极、开关管3的集电极连接。
[0015]开关管I的发射极作为所述MMC三电平子模块输出端的正极，开关管4的集电极作为所述MMC三电平子模块输出端的负极，输出电压为Uout，三电平子模块输入电流i的参考方向与所述输出电压U-的参考方向相同，Uci = Uc2 =电容电压额定值Ucref。
[0016]参照图3，所述一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块拓扑具有3种工作模式:
[0017]模式1:如图3(a)所示，控制开关管2和开关管4导通，开关管I和开关管3关断。所述子模块输出电压Uciut = O。当所述子模块输入电流i>0时，电流路径如图中虚线所示，电流i流过开关管2的IGBT和开关管4反并联二极管，电容I和电容2既不充电也不放电；当所述子模块输入电流KO时，电流路径如图中实线所示，电流i流过开关管2的反并联二极管和开关管4的IGBT，电容I和电容2既不充电也不放电。
[0018]模式2:如图3(b)所示，控制开关管I和开关管3导通，开关管2和开关管4关断。所述子模块输出电压Uciut = Uc^f。当所述子模块输入电流i>0时，电流路径如图中虚线所示，电流i流过开关管I的反并联二极管和开关管3的IGBT，给电容I充电，电容2既不充电也不放电；当所述子模块输入电流KO时，电流路径如图中实线所示，电流i流过开关管I的IGBT和开关管3的反并联二极管，给电容I放电，电容2既不充电也不放电。
[0019]模式3:如图3(c)所示，控制开关管I和开关管4导通，开关管2和开关管3关断。所述子模块输出电压υ- = 21^Μ。当所述子模块输入电流i>0时，电流路径如图中虚线所示，电流i流过开关管I和开关管4的反并联二极管，给电容I和电容2充电；当所述子模块输入电流i〈0时，电流路径如图中实线所示，电流i流过开关管I和开关管4的IGBT，给电容I和电容2放电。
[0020]当控制器检测到直流短路故障信号，闭锁MMC所有IGBT，所述一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块具有两个故障模式。
[0021]故障模式1:当子模块电流i>0时，电流路径如图4(a)所示，流过开关管I和开关管4的反并联二极管，给电容I和电容2充电，所述子模块输出电压Uout = 2UCTrf。
[0022]故障模式2:当子模块电流i〈0时，电流路径如图4(b)所示，流过开关管2和开关管3的反并联二极管，给电容2充电，所述子模块输出电压Uout= — Ucref。
[0023]可见，当故障发生时，闭锁所有IGBT，无论桥臂电流方向如何，都会对所述子模块电容进行充电，从而达到快速闭锁故障电流的目的。
[0024]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限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下的所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包括在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块，其特征在于包括开关管I(Tl和Dl)、开关管2(T2和D2)、开关管3(Τ3和D3)、开关管4(Τ4和D4)、电容I和电容2;电容I的电压为Uci，电容2的电压为Uc2;所述开关管为IGBT和反并联二极管；开关管I的发射极与开关管2的集电极连接，开关管I的集电极与电容I的正极的连接，开关管2的发射极与电容2的负极、开关管4的发射极连接，开关管4的集电极与开关管3的发射极连接，电容I的负极与电容2的正极、开关管3的集电极连接。2.根据权利要求1所述的一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块，其特征在于:开关管I的发射极作为所述三电平子模块输出端的正极，开关管4的集电极作为所述三电平子模块输出端的负极，输出电压为Uout，所述三电平子模块输入电流i的参考方向与所述输出电压Uout的参考方向相同。3.根据权利要求1所述的一种具有直流短路电流自清除能力的MMC三电平子模块，其特征在于:Uci = Uc2=电容电压额定值Ucref。
【文档编号】H02M1/32GK205647264SQ201620498162
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】孙迎新, 马文忠, 魏亮, 刘勇, 赵华芳
【申请人】中国石油大学(华东)