CN104242641A - 一种具有直流短路故障自清除能力的mmc子模块 - Google Patents

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张波
付坚
丘东元
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Abstract

本发明提供一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。本发明MMC子模块由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、二极管、第一电容和第二电容构成；所述开关管为IGBT。本发明MMC子模块的工作过程等效为两个半桥模块，损耗较低，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力，且构成的器件数目较少。与现有的半桥子模块相比较，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力；与现有的全桥子模块相比较，开关数目有所减少；与现有的双钳位子模块相比较，减少了一个二极管，且工作过程中导通的开关管数目少，损耗较低。

Description

一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块
技术领域
本发明涉及组合模块多电平变换器领域，具体涉及一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。
背景技术
随着高压直流输电的不断发展，多电平变换器得到了巨大的发展。其中，模块组合多电平变换器（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。
目前，MMC子模块主要有半桥子模块、全桥子模块和钳位双子模块。半桥子模块如图1所示，由两个开关管和一个电容构成，结构简单，但无法自清除直流输电系统直流侧的故障。全桥子模块如图2所示，由四个开关管和一个电容构成，当MMC直流侧发生短路故障时闭锁所有开关管，使全桥子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障，但开关管数目太多，成本高。钳位双子模块如图3所示，由五个开关管、两个二极管和两个电容构成，工作过程等效为两个半桥子模块，当MMC直流侧发生短路故障时闭锁所有开关管，使钳位双子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障。钳位双子模块与全桥子模块相比较开关数目有所减少，但器件数目依然很多。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种模具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。
本发明采用的技术方案是：
一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、二极管、第一电容和第二电容构成；所述开关管为IGBT；MMC子模块的端口电压为u SM，MMC子模块的输入电流为i SM；第一电容的电压为U C1，第二电容的电压为U C2，且U C1=U C2=U C ，U C 为给定值。
第一开关管的发射极与第二开关管的集电极、二极管的阴极连接，第一开关管的集电极与第一电容的正极连接，第二开关管的发射极与第五开关管的发射极连接，第五开关管的集电极与第一电容的负极、第二电容的正极、第四开关管的集电极连接，第四开关管的发射极与第三开关管的集电极连接，第三开关管的发射极与二极管的阳极、第二电容的负极连接；第一开关管的发射极与第三开关管的集电极作为MMC子模块的输出端。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：工作过程等效为两个半桥模块，损耗较低，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力，且构成的器件数目较少。与现有的半桥子模块相比较，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力；与现有的全桥子模块相比较，开关数目有所减少；与现有的双钳位子模块相比较，减少了一个二极管，且工作过程中导通的开关管数目少，损耗较低。
附图说明
图1是已有的半桥子模块的电路结构图；
图2是已有的全桥子模块的电路结构图；
图3是已有的双钳位子模块的电路结构图；
图4是本发明的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块的电路结构图；
图5a、5b、5c、5d分别是图4所示电路正常工作的四种模态；
图6a、6b分别是图4所示电路闭锁情况的两种模态。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明，但本发明的实施不限于此。以下若有未特别详细说明的控制过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
参考图4，本发明的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块由第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、二极管D、第一电容C1和第二电容C2构成；所述开关管为IGBT；MMC子模块的端口电压为u SM，MMC子模块的输入电流为i SM；第一电容C1的电压为U C1，第二电容C2的电压为U C2， U C1等于U C2且为设定值U C 。
第一开关管T1的发射极与第二开关管T2的集电极、二极管D的阴极连接，第一开关管T1的集电极与第一电容C1的正极连接，第二开关管T2的发射极与第五开关管T5的发射极连接，第五开关管T5的集电极与第一电容C1的负极、第二电容C2的正极、第四开关管T4的集电极连接，第四开关管T4的发射极与第三开关管T3的集电极连接，第三开关管T3的发射极与二极管D的阳极、第二电容C2的负极连接；第一开关管T1的发射极与第三开关管T3的集电极作为MMC子模块的输出端。
本发明所提供的MMC子模块正常工作具有4个模态，在MMC正常运行时控制第五开关管T5一直开通：
模态1：如图5a所示，控制第二开关管T2和第四开关管T4开通，第一开关管T1和第三开关管T3关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压u SM=0。当MMC子模块输入电流i SM>0时，电流的路径如虚线5a1所示，电流i SM通过第二开关管T2、第四开关管T4和第五开关管T5的反并联二极管，第一电容C1和第二电容C2既不充电也不放电；当MMC子模块输入电流i SM<0时，电流i SM通过第二开关管T2的反并联二极管、第四开关管T4和第五开关管T5，电流的路径如虚线5a2所示，第一电容C1和第二电容C2既不充电也不放电。
模态2：如图5b所示，控制第一开关管T1和第四开关管T4开通，第二开关管T2和第三开关管T3关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压u SM=u C （u C=u C1= u C2）。当MMC子模块输入电流i SM>0时，电流的路径如虚线5b2所示，电流i SM通过第一开关管T1的反并联二极管和第四开关管T4给第一电容C1充电，第二电容C2既不充电也不放电；当MMC子模块输入电流i SM<0时，电流的路径如虚线5b1所示，第一电容C1通过第一开关管T1和第四开关管T4的反并联二极管放电，第二电容C2既不充电也不放电。
模态3：如图5c所示，控制第二开关管T2和第三开关管T3开通，第一开关管T1和第四开关管T4关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压u SM=u C 。当MMC子模块输入电流i SM>0时，电流的路径如虚线5c1所示，第一电容C1既不充电也不放电，电流i SM通过第二开关管T2、第三开关管T3的反并联二极管和第五开关管T5的反并联二极管给第二电容C2充电；当MMC子模块输入电流i SM<0时，电流的路径如虚线5c2所示，第一电容C1既不充电也不放电，第二电容C2通过第二开关管T2的反并联二极管、第三开关管T3和第五开关管T5放电。
模态4：如图5d所示，控制第一开关管T1和第三开关管T3开通，第二开关管T2和第四开关管T4关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压u SM=2u C 。当MMC子模块输入电流i SM>0时，电流的路径如虚线5d1所示，电流i SM通过第一开关管T1的反并联二极管和第三开关管T3的反并联二极管给第一电容C1和第二电容C2充电；当MMC子模块输入电流i SM<0时，电流的路径如虚线5d2所示，第一电容C1和第二电容C2通过第一开关管T1和第三开关管T3放电。
当直流输电系统直流侧发生短路故障时，闭锁所有的开关管，即在MMC直流侧发生短路故障时控制所有开关管都关断，MMC子模块具有两个模态。
模态1：当MMC子模块输入电流i SM>0时，电流路径如图6a所示，MMC子模块的输出电压u SM=2U C ，电流i SM通过第一开关管T1的反并联二极管和第三开关管T3的反并联二极管给第一电容C1和第二电容C2充电。
模态2：当MMC子模块输入电流i SM<0时，电流路径如图6b所示，MMC子模块的输出电压u SM=-U C ，第一电容C1和第二电容C2通过二极管D和第四开关管T4的反并联二极管放电。
可见，当MMC直流侧发生短路故障时通过闭锁所有开关管，使MMC子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，其特征在于包括第一开关管（T1）、第二开关管（T2）、第三开关管（T3）、第四开关管（T4）、第五开关管（T5）、二极管（D）、第一电容（C1）和第二电容（C2）；所述开关管为IGBT；第一电容（C1）的电压为U C1，第二电容（C2）的电压为U C2，且U C1=U C2。
2.根据权利要求1所述的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，其特征在于：第一开关管（T1）的发射极与第二开关管（T2）的集电极、二极管（D）的阴极连接，第一开关管（T1）的集电极与第一电容（C1）的正极连接，第二开关管（T2）的发射极与第五开关管（T5）的发射极连接，第五开关管（T5）的集电极与第一电容（C1）的负极、第二电容（C2）的正极、第四开关管（T4）的集电极连接，第四开关管（T4）的发射极与第三开关管（T3）的集电极连接，第三开关管（T3）的发射极与二极管（D）的阳极、第二电容（C2）的负极连接；第一开关管（T1）的发射极与第三开关管（T3）的集电极作为MMC子模块的输出端。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104796025A (zh) * 2015-05-05 2015-07-22 东南大学 一种模块化多电平换流器子模块拓扑结构
CN104993683A (zh) * 2015-07-15 2015-10-21 南方电网科学研究院有限责任公司 模块化多电平换流器子模块电路
CN109039128A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 南京航空航天大学 基于箝位和能量转移电路的mmc子模块拓扑结构
CN109861512A (zh) * 2019-03-08 2019-06-07 西安交通大学 一种具有直流故障自清除能力的钳位双子模块

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104796025A (zh) * 2015-05-05 2015-07-22 东南大学 一种模块化多电平换流器子模块拓扑结构
CN104993683A (zh) * 2015-07-15 2015-10-21 南方电网科学研究院有限责任公司 模块化多电平换流器子模块电路
CN104993683B (zh) * 2015-07-15 2018-06-19 南方电网科学研究院有限责任公司 模块化多电平换流器子模块电路
CN109039128A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 南京航空航天大学 基于箝位和能量转移电路的mmc子模块拓扑结构
CN109039128B (zh) * 2018-08-07 2020-03-20 南京航空航天大学 基于箝位和能量转移电路的mmc子模块拓扑结构
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