CN105356747B - 一种柔性直流输电换流器的功率子模块 - Google Patents

一种柔性直流输电换流器的功率子模块 Download PDF

Info

Publication number
CN105356747B
CN105356747B CN201510706018.8A CN201510706018A CN105356747B CN 105356747 B CN105356747 B CN 105356747B CN 201510706018 A CN201510706018 A CN 201510706018A CN 105356747 B CN105356747 B CN 105356747B
Authority
CN
China
Prior art keywords
full
type semiconductor
semiconductor device
control type
device cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510706018.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105356747A (zh
Inventor
孙栩
雷霄
班连庚
王华伟
胡涛
董鹏
林少伯
王亮
庞广恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
State Grid Beijing Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
State Grid Beijing Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI, State Grid Beijing Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201510706018.8A priority Critical patent/CN105356747B/zh
Publication of CN105356747A publication Critical patent/CN105356747A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105356747B publication Critical patent/CN105356747B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/1563—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators without using an external clock
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems

Abstract

本发明提供了一种柔性直流输电换流器的功率子模块，其第二全控型半导体器件单元的发射极与第一二极管的阳极连接，集电极与第二二极管的阴极连接；第一全控型半导体器件单元的发射极与第一二极管的阴极连接，集电极与第四全控型半导体器件单元的集电极连接；第三全控型半导体器件单元的集电极与第二二极管的阳极连接，发射极与第四全控型半导体器件单元的发射极连接。与现有技术相比，本发明提供的一种柔性直流输电换流器的功率子模块，成本低、操作简单，能够在架空线直流线路发生故障时，有效抑制直流故障电流。

Description

一种柔性直流输电换流器的功率子模块
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种柔性直流输电换流器的功率子模块。
背景技术
柔性直流输电技术先进，未来必将取代常规直流，成为直流输电技术主要的发展方向。目前柔性直流主要采用半桥子模块结构的模块化多电平换流器拓扑结构(MMC)，但是其最大的技术缺陷就是无法抑制直流故障电流，导致其无法使用架空线作为输电线路，只能采用直流电缆作为输电介质。直流电缆造价昂贵，而且目前制造高压大容量直流电缆的技术难度还比较大。模块化多电平换流器的子模块拓扑主要包括半桥子模块和全桥子模块，其拓扑电路如图1和图2所示。
半桥子模块拓扑结构简单，所使用的全控型电力电子器件最少，成本最低，但是其不具备抑制直流故障电流的能力；全桥子模块具备抑制直流故障电流的能力，但是使用的全控型电力电子器件很多，成本最高。因此，需要提供一种兼顾抑制直流故障电流能力与较低成本的柔性直流输电换流器功率子模块拓扑，可以在架空线直流线路发生接地故障时，抑制直流故障电流。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种柔性直流输电换流器的功率子模块。
本发明的技术方案是：
所述功率子模块由第一全控型半导体器件单元、第二全控型半导体器件单元、第三全控型半导体器件单元、第四全控型半导体器件单元、第一二极管、第二二极管、第一电容组、第二电容组、以及第一电容组两端并联的电阻和第二电容组两端并联的电阻组成；
所述第二全控型半导体器件单元的发射极与第一二极管的阳极连接，集电极与第二二极管的阴极连接；
所述第一全控型半导体器件单元的发射极与第一二极管的阴极连接，集电极与第四全控型半导体器件单元的集电极连接；
所述第三全控型半导体器件单元的集电极与第二二极管的阳极连接，发射极与第四全控型半导体器件单元的发射极连接；
所述第一电容组的一端与所述第一全控型半导体器件单元的集电极连接，另一端与第一二极管的阳极连接；
所述第二电容组的一端与所述第三全控型半导体器件单元的发射极连接，另一端与第二二极管的阴极连接。
所述功率子模块还包括第一引出端子和第二引出端子；所述第一引出端子和第二引出端子之间的电压差为该功率子模块的输出电压；
所述第一引出端子设置在所述第一全控型半导体器件单元的发射极与第一二极管的阴极之间；
所述第二引出端子设置在所述第三全控型半导体器件单元的集电极与第二二极管的阳极之间。
优选的，所述功率子模块的工作模式包括正常运行模式和故障运行模式；
当功率子模块工作在正常运行模式时，功率子模块的输出电压的输出模式包括：
模式一：导通第一全控型半导体器件单元、第二全控型半导体器件单元和第三全控型半导体器件单元，则所述输出电压为所述第一电容组的两端电压，以及第二电容组的两端电压的和；
模式二：导通第一全控型半导体器件单元、第三全控型半导体器件单元和第四全控型半导体器件单元，则所述输出电压为零；
当功率子模块工作在故障运行模式时，关断第一全控型半导体器件单元、第二全控型半导体器件单元、第三全控型半导体器件单元和第四全控型半导体器件单元，则故障电流通过第一电容组或者第二电容组消耗。
优选的，所述第一全控型半导体器件单元、第二全控型半导体器件单元、第三全控型半导体器件单元和第四全控型半导体器件单元均由至少两个全控型半导体器件支路并联组成，所述全控型半导体器件支路由至少两个全控型半导体器件串联组成；
所述第一电容组和第二电容组均由至少两个电容支路并联组成，所述电容支路由至少两个电容器串联组成；
本发明还提供了一种采用上述柔性直流输电换流器的功率子模块构成的柔性直流输电换流站桥臂，所述柔性直流输电换流站桥臂由m个模块化多电平换流器子单元和n个半桥型子单元级联组成，m至少为1，n至少为0；
所述模块化多电平换流器子单元为由所述功率子模块按照模块化多电平换流器结构组成的功率模块；
所述半桥型子单元为由所述功率子模块按照半桥型结构组成的功率模块。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
本发明提供的一种柔性直流输电换流器的功率子模块，成本低、操作简单，能够在架空线直流线路发生故障时，有效抑制直流故障电流。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1：半桥型功率模块的拓扑图；
图2：全桥型功率模块的拓扑图；
图3：本发明实施例中柔性直流输电换流器的功率子模块的拓扑图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的一种柔性直流输电换流器的功率子模块的实施例如图3所示，具体为：
本实施例中该功率子模块由第一全控型半导体器件单元T1、第二全控型半导体器件单元T2、第三全控型半导体器件单元T3、第四全控型半导体器件单元T4、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容组C1、第二电容组C2、以及第一电容组C1两端并联的电阻和第二电容组C1两端并联的电阻组成。其中，
①：第二全控型半导体器件单元T2的发射极与第一二极管D1的阳极连接，集电极与第二二极管D2的阴极连接；
②：第一全控型半导体器件单元T1的发射极与第一二极管D1的阴极连接，集电极与第四全控型半导体器件单元T4的集电极连接；
③：第三全控型半导体器件单元T3的集电极与第二二极管D2的阳极连接，发射极与第四全控型半导体器件单元T4的发射极连接；
④：第一电容组C1的一端与第一全控型半导体器件单元T1的集电极连接，另一端与第一二极管D1的阳极连接。
⑤：第二电容组C2的一端与第三全控型半导体器件单元T3的发射极连接，另一端与第二二极管D2的阴极连接。
本实施例中第一全控型半导体器件单元T1、第二全控型半导体器件单元T2、第三全控型半导体器件单元T3和第四全控型半导体器件单元T4均由至少两个全控型半导体器件支路并联组成，每个全控型半导体器件支路由至少两个全控型半导体器件串联组成。
第一电容组C1和第二电容组C2均由至少两个电容支路并联组成，每个电容支路由至少两个电容器串联组成。
本实施例中功率子模块还包括第一引出端子和第二引出端子，其中，
第一引出端子设置在第一全控型半导体器件单元T1的发射极与第一二极管D1的阴极之间；第二引出端子设置在第三全控型半导体器件单元T3的集电极与第二二极管D2的阳极之间。
第一引出端子和第二引出端子之间的电压差为该功率模块的输出电压。
本实施例中功率子模块的工作模式包括正常运行模式和故障运行模式；
1、当功率子模块工作在正常运行模式时，功率子模块的输出电压的输出模式包括：
(1)模式一
导通第一全控型半导体器件单元T1、第二全控型半导体器件单元T2和第三全控型半导体器件单元T3，则输出电压为第一电容组C1的两端电压，以及第二电容组C2的两端电压的和。
(2)模式二
导通第一全控型半导体器件单元T1、第三全控型半导体器件单元T3和第四全控型半导体器件单元T4，则输出电压为零；
2、当功率子模块工作在故障运行模式时
关断第一全控型半导体器件单元T1、第二全控型半导体器件单元T2、第三全控型半导体器件单元T3和第四全控型半导体器件单元T4，则故障电流通过第一电容组C1或者第二电容组C2消耗。在有故障电流流过功率子模块时，将所有的全控型半导体器件关断，使电流无论从第一引出端子流入还是从第二引出端子流入，均只能从第一电容组C1或者第二电容组C2的正极流入、负极流出。
本发明中采用柔性直流输电换流器的功率子模块构成的柔性直流输电换流站桥臂，则该柔性直流输电换流站桥臂由m个模块化多电平换流器子单元和n个半桥型子单元级联组成，m至少为1，n至少为0；
模块化多电平换流器子单元为由上述功率子模块按照模块化多电平换流器结构组成的功率模块；半桥型子单元为由上述功率子模块按照半桥型结构组成的功率模块。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域谱通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种柔性直流输电换流器的功率子模块，其特征在于，所述功率子模块由第一全控型半导体器件单元、第二全控型半导体器件单元、第三全控型半导体器件单元、第四全控型半导体器件单元、第一二极管、第二二极管、第一电容组、第二电容组、以及第一电容组两端并联的电阻和第二电容组两端并联的电阻组成；
所述第二全控型半导体器件单元的发射极与第一二极管的阳极连接，集电极与第二二极管的阴极连接；
所述第一全控型半导体器件单元的发射极与第一二极管的阴极连接，集电极与第四全控型半导体器件单元的集电极连接；
所述第三全控型半导体器件单元的集电极与第二二极管的阳极连接，发射极与第四全控型半导体器件单元的发射极连接；
所述第一电容组的一端与所述第一全控型半导体器件单元的集电极连接，另一端与第一二极管的阳极连接；
所述第二电容组的一端与所述第三全控型半导体器件单元的发射极连接，另一端与第二二极管的阴极连接。
2.如权利要求1所述的功率子模块，其特征在于，所述功率子模块还包括第一引出端子和第二引出端子；所述第一引出端子和第二引出端子之间的电压差为该功率子模块的输出电压；
所述第一引出端子设置在所述第一全控型半导体器件单元的发射极与第一二极管的阴极之间；
所述第二引出端子设置在所述第三全控型半导体器件单元的集电极与第二二极管的阳极之间。
3.如权利要求1所述的功率子模块，其特征在于，所述功率子模块的工作模式包括正常运行模式和故障运行模式；
当功率子模块工作在正常运行模式时，功率子模块的输出电压的输出模式包括：
模式一：导通第一全控型半导体器件单元、第二全控型半导体器件单元和第三全控型半导体器件单元，则所述输出电压为所述第一电容组的两端电压，以及第二电容组的两端电压的和；
模式二：导通第一全控型半导体器件单元、第三全控型半导体器件单元和第四全控型半导体器件单元，则所述输出电压为零；
当功率子模块工作在故障运行模式时，关断第一全控型半导体器件单元、第二全控型半导体器件单元、第三全控型半导体器件单元和第四全控型半导体器件单元，则故障电流通过第一电容组或者第二电容组消耗。
4.如权利要求1所述的功率子模块，其特征在于，所述第一全控型半导体器件单元、第二全控型半导体器件单元、第三全控型半导体器件单元和第四全控型半导体器件单元均由至少两个全控型半导体器件支路并联组成，所述全控型半导体器件支路由至少两个全控型半导体器件串联组成；
所述第一电容组和第二电容组均由至少两个电容支路并联组成，所述电容支路由至少两个电容器串联组成。
5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的柔性直流输电换流器的功率子模块构成的柔性直流输电换流站桥臂，其特征在于，所述柔性直流输电换流站桥臂由m个模块化多电平换流器子单元和n个半桥型子单元级联组成，m至少为1，n至少为0；
所述模块化多电平换流器子单元为由所述功率子模块按照模块化多电平换流器结构组成的功率模块；
所述半桥型子单元为由所述功率子模块按照半桥型结构组成的功率模块。
CN201510706018.8A 2015-10-27 2015-10-27 一种柔性直流输电换流器的功率子模块 Active CN105356747B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510706018.8A CN105356747B (zh) 2015-10-27 2015-10-27 一种柔性直流输电换流器的功率子模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510706018.8A CN105356747B (zh) 2015-10-27 2015-10-27 一种柔性直流输电换流器的功率子模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105356747A CN105356747A (zh) 2016-02-24
CN105356747B true CN105356747B (zh) 2019-07-12

Family

ID=55332648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510706018.8A Active CN105356747B (zh) 2015-10-27 2015-10-27 一种柔性直流输电换流器的功率子模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105356747B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106452104B (zh) * 2016-09-13 2019-03-29 清华大学 单极电流交错连接三电平子模块
DE102017217548A1 (de) * 2017-10-02 2019-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Gleichstrom-Übertragungssystem

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103944430A (zh) * 2014-04-25 2014-07-23 中国科学院电工研究所 一种模块化多电平换流器子单元拓扑
CN104821736A (zh) * 2015-05-15 2015-08-05 国家电网公司 具有直流侧短路保护功能的模块化多电平变换器
CN104953856A (zh) * 2015-06-12 2015-09-30 中国科学院电工研究所 一种子模块拓扑
CN104953793A (zh) * 2015-06-12 2015-09-30 中国科学院电工研究所 一种箝位子模块拓扑
WO2015149866A1 (en) * 2014-04-04 2015-10-08 Abb Technology Ltd A multi-level power converter and a method for controlling a multi-level power converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015149866A1 (en) * 2014-04-04 2015-10-08 Abb Technology Ltd A multi-level power converter and a method for controlling a multi-level power converter
CN103944430A (zh) * 2014-04-25 2014-07-23 中国科学院电工研究所 一种模块化多电平换流器子单元拓扑
CN104821736A (zh) * 2015-05-15 2015-08-05 国家电网公司 具有直流侧短路保护功能的模块化多电平变换器
CN104953856A (zh) * 2015-06-12 2015-09-30 中国科学院电工研究所 一种子模块拓扑
CN104953793A (zh) * 2015-06-12 2015-09-30 中国科学院电工研究所 一种箝位子模块拓扑

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Five level cross connected cell for cascaded converters;Alireza Nami et al;《15th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)》;20130906;第1-9页

Also Published As

Publication number Publication date
CN105356747A (zh) 2016-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104967141B (zh) 一种混合直流输电系统
CN103944430B (zh) 一种模块化多电平换流器子单元拓扑
CN102593866A (zh) 一种基于模块化多电平换流器结构的统一潮流控制器
CN102624267B (zh) 逆变器及其在三相系统中的应用电路
CN206099366U (zh) 双极型光伏发电系统
CN206302343U (zh) 直流变换器的拓扑电路以及海上风场场内直流集电系统
CN107039980A (zh) 一种高压直流潮流控制器
CN108306534B (zh) 一种模块化多电平变换器及其子模块拓扑结构
CN102969708A (zh) 一种基于模块化多电平换流器结构的线间潮流控制器
CN106154086A (zh) 一种具有拓扑切换能力的mmc动态模拟子模块单元
CN104993716A (zh) 一种模块化多电平换流器和一种混合双子模块
CN102882410A (zh) 一种单相七电平逆变器
CN204046460U (zh) 一种新型的模块化多电平换流器子模块拓扑
CN105356747B (zh) 一种柔性直流输电换流器的功率子模块
CN106505902B (zh) Lcc/vsc直流互联变压器
CN208539577U (zh) 一种柔性直流输电换流器及双极柔性直流输电系统
CN110011538A (zh) 基于离散化开关电容的模块化直流变压器及其调制方法
CN109449997A (zh) 一种模块化大功率岸电电源系统
CN105262355A (zh) 一种多端口逆变器
CN102624268B (zh) 一种逆变器及其在三相系统中的应用电路
CN211377901U (zh) 一种升压电路和逆变器
CN108599228B (zh) 一种柔性直流输电换流器及双极柔性直流输电系统
CN202535087U (zh) 一种基于模块化多电平换流器结构的统一潮流控制器
CN110022069A (zh) 一种双向开关接入的高频链双向直流变压器及其控制方法
CN116404895A (zh) 一种分裂电感式非对称双输出多电平变换器拓扑电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant