一种MMC、MMC子模块及MMC子模块旁路保护方法与流程

本发明涉及直流输电技术领域，特别是一种mmc、mmc子模块及mmc子模块旁路保护方法。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，基于模块化多电平换流器(mmc)的直流输电系统得到快速发展。模块化多电平换流器由成千上万个子模块构成，每个子模块中包含直流支撑电容、igbt及其驱动以及高速旁路开关，其中高速旁路开关的控制可以通过控制器进行控制。

当任一个子模块出现旁路开关拒动故障时，故障子模块所在桥臂形成开路，造成系统三相桥臂电流不平衡；且桥臂电流会经过igbt反并联二极管向故障子模块直流支撑电容充电，如果当子模块发生故障时，控制旁路开关导通，旁路掉故障子模块，但是，当旁路开关出现拒动时，此时输电系统不跳闸，会引用子模块电容过压、igbt击穿，甚至出现子模块着火，为了防止此类事故发生，现在通用做法是闭锁所有子模块，并控制系统跳闸，会严重影响直流输电系统的可靠稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种mmc、mmc子模块及mmc子模块旁路保护方法，用以解决现有子模块故障且旁路开关拒动时通过闭锁所有子模块进行保护影响直流输电系统可靠稳定运行的问题。

为了实现子模块故障保护，解决现有子模块旁路开关拒动时通过闭锁所有子模块进行保护影响直流输电系统可靠稳定运行的问题。本发明提供一种mmc子模块旁路保护方法，包括以下步骤：

(1)当子模块发生故障时，控制对应的旁路开关闭合；

(2)检测所述旁路开关是否闭合；

(3)如果所述旁路开关没有闭合，则控制与所述旁路开关并联设置的双向可控开关导通。

有益效果是，在子模块故障且对应的旁路开关拒动时，控制双向可控开关导通，实现拒动的旁路开关本应该实现的功能，防止了子模块电容过压、igbt击穿，甚至出现子模块着火的现象，保证了子模块的运行安全，提高了直流输电系统可靠性和稳定性，同时，在子模块故障时，仅旁路掉该故障的子模块，无需闭锁所有子模块，保证了直流输电系统可靠性和稳定性。

进一步地，为了更好的保证直流输电系统的可靠稳定运行，保证故障子模块的安全，当子模块发生故障且控制对应的旁路开关闭合的同时闭锁子模块，和/或当判定出旁路开关没有闭合的同时闭锁子模块。

本发明提供一种mmc子模块，包括子模块本体拓扑结构和旁路开关，所述旁路开关的两端并联设置有双向可控开关，当子模块发生故障时，控制旁路开关闭合，并检测旁路开关是否闭合，如果所述旁路开关没有闭合，则控制所述双向可控开关导通，在子模块故障且对应的旁路开关拒动时，控制双向可控开关导通，实现拒动的旁路开关本应该实现的功能，防止了子模块电容过压、igbt击穿，甚至出现子模块着火的现象，保证了子模块的运行安全，提高了直流输电系统可靠性和稳定性。

进一步地，为了保证换流阀的自然均压特性，且为换流系统停机后的子模块提供放电通道，便于换流阀检修与维护，子模块电容的两端并联设置有均压电阻。

进一步地，为了简单、可靠的实现上述功能，降低mmc子模块的成本，该mmc子模块中所述双向可控开关为双向全控器件、双向半控器件或者由两个单向可控器件反向并联构成的双向可控电路。

本发明提供一种mmc，包括三相六桥臂拓扑结构，各桥臂包括级联设置的至少两个mmc子模块，各mmc子模块中有至少一个mmc子模块包括子模块本体拓扑结构和旁路开关，所述旁路开关的两端并联设置有双向可控开关，当子模块发生故障时，控制旁路开关闭合，并检测旁路开关是否闭合，如果所述旁路开关没有闭合，则控制所述双向可控开关导通，在子模块故障且对应的旁路开关拒动时，控制双向可控开关导通，实现拒动的旁路开关本应该实现的功能，防止了子模块电容过压、igbt击穿，甚至出现子模块着火的现象，保证了子模块的运行安全，提高了直流输电系统可靠性和稳定性。

进一步地，为了保证换流阀的自然均压特性，且为换流系统停机后的子模块提供放电通道，便于换流阀检修与维护，该mmc中的各mmc子模块的子模块电容的两端并联设置有均压电阻。

进一步地，为了简单、可靠的实现上述功能，降低mmc子模块的成本，该mmc的各mmc子模块中所述双向可控开关为双向全控器件、双向半控器件或者由两个单向可控器件反向并联构成的双向可控电路。

进一步地，为了保证控制单元的供电，维持双向可控开关的稳定、长时间导通，提高系统的可靠性和稳定性，每个mmc子模块还包括控制单元和用于从对应mmc子模块的电容两端取能的取能电路，至少两个mmc子模块中各mmc子模块的取能电路输出供电连接所述至少两个mmc子模块中所有mmc子模块的控制单元，实现冗余供电。

附图说明

图1是本发明的一种mmc子模块旁路保护方法的流程图；

图2是本发明的一种mmc全桥子模块的拓扑结构图；

图3是本发明的一种mmc半桥子模块的拓扑结构图；

图4是本发明的一种mmc的相邻子模块交叉取电原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

方法实施例

本发明提供一种mmc子模块旁路保护方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)当子模块发生故障时，控制对应的旁路开关闭合。此步骤为现有的技术手段，通过现有技术即可实现。

(2)检测旁路开关是否闭合。

此步骤中旁路开关是否闭合的检测，例如，可以通过位移传感器进行位移信号获取，通过行程的判断从而实现旁路开关闭合与否的检测；又如，通过对旁路开关所在支路进行检测，通过判断该支路是否导通来实现旁路开关闭合与否的检测。

(3)如果旁路开关没有闭合，则控制与旁路开关并联设置的双向可控开关导通。

在子模块故障且对应的旁路开关拒动时，控制双向可控开关导通，实现拒动的旁路开关本应该实现的功能。

另外，当子模块发生故障且控制对应的旁路开关闭合的同时闭锁子模块，和/或当判定出旁路开关没有闭合的同时还闭锁子模块，以更好的保证直流输电系统的可靠稳定运行。

执行该方法可以采用直流输电系统中多电平换流器原有的控制系统，也可以设置专门的控制单元进行控制，其中控制包括子模块故障的检测、旁路开关闭合与否的检测和双向可控开关信号的输出。

该方法适用的子模块种类较多，例如半桥子模块、全桥子模块、钳位双子模块或者其他的现有子模块结构。

全桥子模块实施例

本发明提供一种mmc全桥子模块，如图2所示，该全桥子模块包括直流支撑电容(c)、4个igbt及其驱动(vt1、vt2、vt3、vt4)、旁路开关(k)、双向可控开关(vt5)及均压电阻(r)。

其中，旁路开关(k)的两端并联设置有双向可控开关(vt5)，在子模块故障且对应的旁路开关拒动时，控制双向可控开关导通，实现拒动的旁路开关本应该实现的功能。

优选，双向可控开关为双向全控器件、双向半控器件或者由两个单向可控器件反向并联构成的双向可控电路。

另外，均压电阻(r)与直流支撑电容(c)的两端并联设置，均压电阻的作用有两个方面，一是保证换流阀的自然均压特性，二是为换流系统停机后的子模块提供放电通道，便于换流阀检修与维护。均压电阻阻值的确定根据电阻的功率和电容电压的大小有关，一般在几kω到几百kω不等。例如一种柔性直流工程，均压电阻的阻值为25kω。但该全桥子模块中也可以不设置均压电阻(r)，不设置均压电阻(r)依然能够实现全桥子模块的基本功能。

上述方法实施例中方法可在全桥子模块中实现，其中该方法可以采用mmc原有的控制系统，也可以设置专门的控制单元，原控制系统或者控制单元实现功能包括子模块故障的检测、旁路开关闭合与否的检测和双向可控开关信号的输出。

半桥子模块实施例

本发明提供一种mmc半桥子模块，如图3所示，该半桥子模块包括直流支撑电容(c)、2个igbt及其驱动(vt1、vt2)、旁路开关(k)、双向可控开关(vt3)及均压电阻(r)。

其中，旁路开关(k)的两端并联设置有双向可控开关(vt3)，在子模块故障且对应的旁路开关拒动时，控制双向可控开关导通，实现拒动的旁路开关本应该实现的功能。

优选，双向可控开关为双向全控器件、双向半控器件或者由两个单向可控器件反向并联构成的双向可控电路。

另外，均压电阻(r)与直流支撑电容(c)的两端并联设置，均压电阻的作用已在上述全桥子模块实施例中具体说明，在此不再赘述。但该半桥子模块中也可以不设置均压电阻(r)，不设置均压电阻(r)依然能够实现半桥子模块的基本功能。

上述方法实施例中方法可在半桥子模块中实现，其中该方法可以采用mmc原有的控制系统，也可以设置专门的控制单元，原控制系统或者控制单元实现功能包括子模块故障的检测、旁路开关闭合与否的检测和双向可控开关信号的输出。

mmc实施例

本发明提供一种mmc，包括三相六桥臂拓扑结构，各桥臂包括级联设置的至少两个mmc子模块，各mmc子模块中有至少一个mmc子模块包括子模块本体拓扑结构和旁路开关，旁路开关的两端并联设置有双向可控开关。

其中mmc子模块可采用上述全桥子模块实施例或半桥子模块实施例中的子模块，也可以采用其他现有的子模块结构，本mmc实施例以级联设置两个mmc子模块且两个mmc子模块均为带有双向可控开关的全桥子模块为例进行说明，如图4所示：

全桥子模块已经在上述全桥子模块实施例中详细说明，在此不再赘述。

为了维持双向可控开关的稳定、长时间导通，以提高系统的可靠性和稳定性，此处对应的每个mmc子模块设置一个控制单元，除此之外，每个mmc子模块还包括用于从对应mmc子模块的直流支撑电容(c)两端取能的取能电路，两个mmc子模块中各mmc子模块的取能电路输出供电连接两个mmc子模块中所有mmc子模块的控制单元，实现冗余供电。

取能电路由高压电源和低压电源串联组成，高压电源输入端与直流支撑电容(c)两端并联，输出端与低压电源输入端相连接，低压电源输出端用于每个mmc子模块的控制单元供电。此种方法可以保证每个mmc子模块的控制单元在大范围直流支撑电容(c)电压下，可以得到可靠、稳定的电源。本发明中取能电路可采用中国专利申请公布号为cn105576953a中的取电方式。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。