)与其他拓扑结构比较，节省了元器件。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的模块化多电平改进子模块拓扑原理图。
[0021] 图2是本发明的含有新型子模块结构的三相模块化多电平变流器原理图。
[0022] 图3是本发明的直流故障下电流从正极（1端）流入电流流向原理图。
[0023] 图4是本发明的直流故障下电流从负极（2端）流入电流流向原理图。
[0024] 图5是本发明的双极短路直流故障下电流流向原理图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
[0026] 图1是本发明提出的改进的模块化多电平换流器子模型的拓扑。其中2端串联一 由电容二极管串联再和IGBT并联的模块。该结构在正常工作时，2端串联的IGBT处于一直 导通状态，电容被短路，原半桥子模块结构根据原有控制方法进行控制，无需对原有调制方 法进行改变，也对子模块输出电压没有影响。当直流侧发生故障，2端串联的IGBT关断。
[0027] 图2是三相模块化多电平变流器结构，每个子模块都由图1所示的改进型子模块 组成。
[0028] 图3是当直流侧发生故障，电流从1端流入，电流流经原子模块电容C1，然后经D3 从3端流出（不流经并联的电容）。
[0029] 图4是当直流侧发生故障，电流从2端流入，电流流经并联的电阻电容，然后经D2 从1端流出。该结构能够通过电容削减故障电流，达到消除故障目的。半桥结构所并联电 容不流经电流，得到保护，使得故障后可以快速恢复。
[0030] 根据附图进行说明，当正常状态下运行时，限流模块中的第三开关的IGBT(S3)处 于常开状态，限流模块中的电容二极管没有电流通过。当系统发生双极短路故障时，关断限 流模块中第三开关S3,故障电流从限流模块的上支路电容通过，对限流模块电容C2进行充 电。
[0031] 图5是当发生双极短路故障时电流流向图，图以A、B两相为例（每相简化用 一个子模块代替）。当故障时候，电流从电网一相向故障出流动，电流经过一相桥臂， 而后经过故障点，再经过另外一相桥臂后，流入另一相。如图5所示，电流流经通路为 Db4-Cb2-Db2-Dm-Ca2-D a2。电流共通过2N个子模块，每个子模块电压为Um，电网连接点为线电 压 UAB。
[0032] Udc=NUffl
[0033] U4 =Ug=^mUdc
[0034]
【主权项】
1. 一种模块化多电平换流器子模块拓扑结构，其特征在于：由半桥结构和限流模块串 联组成；所述半桥结构包括第一开关模块、第二开关模块和第一电容；所述第一开关模块 的负极与第二开关模块的正极相连；所述第一电容的正极和第一开关模块的正极相连，第 一电容的负极和第二开关模块的负极相连； 所述限流模块由第二电容、二极管和第三开关模块组成；所述二极管的负级和第二电 容的正极相连，二极管的正极与第三开关模块的正极相连，第三开关模块的负极和第二电 容的负级相连，限流模块的第二电容负级和第二开关模块的负级相连； 所述半桥结构的第一开关模块的负极与第二开关模块的正极之间的节点为所述拓扑 结构的输入端，限流模块的第三开关模块的正极和二极管正极之间的节点为所述拓扑结构 的输出端。
2. 根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块的拓扑结构，其特征在于： 所述第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块均由一个绝缘栅双极型晶体管和一个二 极管反并联组成。
3. 根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块的拓扑结构，其特征在于： 正常工作情况下，限流模块中的第三开关模块的绝缘栅双极型晶体管一直施加脉冲，使其 一直处于导通状态，从而使得第二电容和二极管处于短路状态，对输出无影响。
4. 一种模块化多电平换流器，包括三个相单元，每一个相单元分上下桥臂，其特征在 于：每个桥臂包括若干个串联的子模块拓扑结构，每相上下桥臂串联的子模块拓扑结构数 量相同；上下桥臂分别串联限流电抗器，每相从上至下为：上桥臂所有子模块、上桥臂电抗 器、下桥臂电抗器、下桥臂所有子模块；且每相上下桥臂的连接处外接三相交流电压，上桥 臂最上面子模块拓扑结构的输入端与直流正极相连，下桥臂最下端子模块输出端与直流负 极相连。
5. 根据权利要求4所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于：在直流输电系统中， 当直流侧发生双极短路故障，先检测到故障电流，然后关闭所有第一开关模块和第二开关 模块的触发信号，同时关断限流模块中的第三开关模块信号，故障电流从拓扑结构的输出 端进入拓扑结构后，通过限流模块的二极管和第二电容从拓扑结构的输入端流出，而不再 通过限流模块的第三开关模块和第一电容。
6. 根据权利要求5所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于：当所述的故障为直 流永久性故障时，具体过程为：关断第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块中绝缘栅 双极型晶体管的触发脉冲，然后断开交流侧断路器，进行检修，故障修复后，进行重合闸，再 开启第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块。
7. 根据权利要求5所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于：当所述的故障为直 流暂时性故障时，具体过程为：关断第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块中绝缘 栅双极型晶体管的触发脉冲，等待直流侧故障电流为零，故障消除后，重新触发第一开关模 块、第二开关模块和第三开关模块的绝缘栅双极型晶体管，建立直流侧电压，等待系统进入 稳态运行。
【专利摘要】本发明提出了一种模块化多电平变换器子模块的改进结构，包括相互串联的第一开关模块和第二开关模块，第一开关模块的负极连接第二开关模块的正极；第一电容的正极和第一开关模块的正极相连，第一电容的负极和第二开关模块的负极相连；第三开关模块负极与第二开关模块的负极相连，第三开关模块由限流装置和开关装置并联组成，开关装置由绝缘栅双极型晶体管和二极管反并联组成，限流装置由电容和二极管串联组成。本发明主要应用于高电压大容量的模块化多电平变流器中，在直流侧故障的时候，能够有效的实现直流故障电流的闭锁，较好的实现故障隔离，同时无需交流断路器动作。本发明结构简单，在故障清除后，有着快速的故障恢复能力。
【IPC分类】H02M1-32, H02M7-483, H02H7-122
【公开号】CN104796025
【申请号】CN201510224123
【发明人】梅军, 马天, 郑建勇, 缪惠宇, 杜晓舟, 吉宇
【申请人】东南大学, 国家电网公司, 南京南瑞继保电气有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年5月5日