一种换流阀用功率模块新型拓扑结构的制作方法

本技术属于柔性直流输电设备，具体涉及一种换流阀用功率模块新型拓扑结构。

背景技术：

1、随着电力电子关键技术的不断进步，基于电压源换流器的柔性直流输电(vsc-hvdc)技术成为最近发展起来的一种新型电力传输系统，它可以直接将直流电压逆变为幅值和相位都可控的交流电压，不需借助受端电网电压进行换相，并对受端电网的系统容量没有限制，可用于孤立小系统与主网之间的连接，模块化多电平换流器mmc在柔性直流输电中得到广泛应用，模块化多电平换流器（mmc）是利用多个子模块级联组成的大容量直流换流器，具有生产困难小、输出波质量好、阶跃电压低、损耗小以及故障处理能力强等特点，目前在中高压柔性直流电力传输中得到广泛应用；目前柔性直流输电一般采用的基于半桥子模块的mmc，相比于传统直流输电技术，柔性直流输电最大的缺点为不适于长距离架空线路输电，当基于半桥子模块的mmc直流侧发生短路故障时，即使所有模块都闭锁，交流电源仍然可以通过与下管igbt反并联的二极管向直流故障点注入电流，且没有办法像传统直流输电那样通过自身换相控制来清除直流侧的故障；现有柔性直流输电系统隔离直流侧故障主要方案有三种：第一种方案为断开交流侧断路器，该方案经济简单，但动作时间较长，并且会导致整个系统短时间停电，没有办法达到柔性直流系统对故障隔离速度和可靠性的要求；第二种方案为直流侧配有直流断路器隔离直流故障，基于直流断路器的故障隔离技术也可以更好满足未来柔性直流系统保护的要求，然而高压大容量直流断路器的发展尚不成熟并且成本也比较高；第三种方案是运用mmc自身的控制方法来限制或者清除直流侧故障电流，但基于常规的半桥型子模块级联的mmc，仅仅通过策略来隔离故障的方法目前还未实现；因此，提供一种无需交流侧断路器动作、不影响设备正常运行、实现快速自清除故障、降低故障影响的一种换流阀用功率模块新型拓扑结构是非常有必要的。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种无需交流侧断路器动作、不影响设备正常运行、实现快速自清除故障、降低故障影响的一种换流阀用功率模块新型拓扑结构。

2、本实用新型的目的是这样实现的：一种换流阀用功率模块新型拓扑结构，它包括外部电流输入端口a和外部电流输出端口b，所述的外部电流输入端口a和外部电流输出端口b右侧从上至下依次设置有vt1、vt2和g1，所述的vt1、vt2和g1右侧分别设置有vd1、vd2和vd3，所述的vd1和vd2右侧设置有c，所述的c右侧设置有scr。

3、所述的vt1、vt2为全控型电力电子器件igbt；所述的g1为全控型器件igct；所述的vd1、vd2和vd3为二极管；所述的c为直流储能电容；所述的scr为晶闸管。

4、所述的vt1、g1加开通信号，vt2、scr加关断信号，该工作状态称为子模块的投入状态，该工作状态下直流储能电容c总是被接入主电路中，其模式一和模式二取决于子模块所在桥臂上电流流动方向。

5、所述的vt2、g1加开通信号，vt1、scr加关断信号，该工作状态称为子模块的切除状态，即子模块被旁路出整个桥臂，该状态下子模块输出电压为零，其模式一和模式二取决于子模块所在桥臂上电流流动方向。

6、所述的vt1、vt2和g1加关断信号，scr加开通信号，该工作状态称为子模块闭锁状态，mmc直流侧发生故障情况下，无论是模式一还是模式二，直流储能电容c都会充电，电容电压方向与故障电流流通方向相反。

7、所述的子模块运行在非闭锁状态情况下，g1始终处于导通状态，由于g1为全控型器件igct，其导通压降较低，通态损耗比较低，并且g1没有频繁的开通与关断工况，所以仅仅器件通流，其损耗小。

8、当mmc直流侧发生故障情况下，所述的子模块工作切换到闭锁状态，vt1、vt2和g1加关断信号，scr加开通信号，此时无论是模式一还是模式二，直流储能电容c都会充电，电容电压方向与故障电流流通方向相反，通过直流储能电容c的放电电流和故障电流相抵消实现直流故障的清除。

9、所述的基于该子模块的mmc在直流侧发生短路故障时，既不用分断交流侧断路器，也不用再直流侧加装直流断路器，通过自身拓扑和控制策略就可以快速实现直流故障的清除，可广泛适用于故障率较高的直流架空输电线路。

10、本实用新型的有益效果：本实用新型为一种换流阀用功率模块新型拓扑结构，在使用中，本实用新型拓扑结构当该子模块运行在非闭锁状态情况下，全控型器件g1始终处于导通状态，由于该器件为igct，其导通压降较低，通态损耗比较低，并且g1没有频繁的开通与关断工况，所以仅仅器件通流其损耗非常小，mmc直流侧发生故障情况下，子模块工作切换到闭锁状态，vt1、vt2和g1加关断信号，scr加开通信号，可以看出无论是模式一还是模式二，电容都会充电，电容电压方向与故障电流流通方向相反，这表明电容的放电电流就会和故障电流相抵消，所以本实用新型的mmc子模块拓扑结构具有故障自清除能力，无需交流侧断路器动作，也无需直流侧加装直流断路器，即可快速实现直流故障的自清除，可适用于故障率较高的架空输电线路；本实用新型具有无需交流侧断路器动作、不影响设备正常运行、实现快速自清除故障、降低故障影响的优点。

技术特征：

1.一种换流阀用功率模块新型拓扑结构，它包括外部电流输入端口a和外部电流输出端口b，其特征在于：所述的外部电流输入端口a和外部电流输出端口b右侧从上至下依次设置有vt1、vt2和g1，所述的vt1、vt2和g1右侧分别设置有vd1、vd2和vd3，所述的vd1和vd2右侧设置有c，所述的c右侧设置有scr。

2.如权利要求1所述的一种换流阀用功率模块新型拓扑结构，其特征在于：所述的vt1、vt2为全控型电力电子器件igbt；所述的g1为全控型器件igct；所述的vd1、vd2和vd3为二极管；所述的c为直流储能电容；所述的scr为晶闸管。

技术总结
本技术涉及一种换流阀用功率模块新型拓扑结构，它包括外部电流输入端口A和外部电流输出端口B，外部电流输入端口A和外部电流输出端口B右侧从上至下依次设置有VT1、VT2和G1，VT1、VT2和G1右侧分别设置有VD1、VD2和VD3，VD1和VD2右侧设置有C，C右侧设置有SCR，当MMC直流侧发生故障情况下，子模块工作切换到闭锁状态，VT1、VT2和G1加关断信号，SCR加开通信号，无论是模式一还是模式二，电容都会充电，电容电压方向与故障电流流通方向相反，电容放电电流和故障电流相抵消，实现直流故障自清除，无需交流侧断路器动作，也无需直流侧加装直流断路器；本技术具有无需交流侧断路器动作、不影响设备正常运行、实现快速自清除故障、降低故障影响的优点。

技术研发人员：刘启明,韦雅,文耀宽,王峻,张欲晓,高利明,卫璞,赵岩,肖珂,李雍,王平,郑可,孙甜甜,刘亚飞,刘艳,张东东,刘亚,陶贺香,刘天齐
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司营销服务中心
技术研发日：20221107
技术公布日：2024/1/12