CN107529683A - 一种半桥式mmc子模块及其上开关管短路保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半桥式MMC子模块及其上开关管短路保护方法，包括上开关管、下开关管、旁路开关和直流支撑电容，还包括并联在直流支撑电容两端的至少一条耗能支路，所述耗能支路上串设至少一个有耗能电阻和至少一个在上开关管发生短路故障时导通的可控开关。本发明避免了上开关管发生短路故障时该子模块被旁路开关旁路后，由于电容放电形成的短路大电动力对子模块中的元器件和连接排造成损害的情况出现，保护了回路中的器件和连接排，不影响系统的正常运行，实现了子模块的自保护。本发明简单可靠，具有较强的工程实用价值。
Description
技术领域
本发明属于高压直流输电技术领域，具体涉及一种半桥式MMC子模块及其上开关管短路保护方法。
背景技术
随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的柔性直流输电技术日益受到重视。模块化多电平换流器(Modular multilevelconverter，MMC)是柔性直流输电系统应用中电压源换流器的一种，它由多个子模块按照一定的方式连接而成，通过控制各个子模块IGBT组的投入和切除状态使换流器输出的交流电压逼近正弦波，实现能量的高效传输。
传统的模块化多电平换流器中，通常采用图1所示的半桥式子模块作为基础单元，以降低换流器建设成本。其中，OUT1、OUT2是MMC子模块的输出端口，用于与相邻的MMC子模块串联，T1为上开关管，T2为下开关管，下开关管T2两端并联有旁路开关K1，C1为直流支撑电容，直流支撑电容C1两端并联有均压电阻R1。
在MMC子模块出现故障时，一般通过闭合旁路开关K1来旁路MMC子模块。压接型IGBT器件在故障后呈现短路状态。
当下开关管T2故障短路时，直流支撑电容C1、上开关管T1、旁路开关K1(下开关管T2)会形成短路放电回路。此时由于T1仍然可控，因此能够通过控制T1断开放电回路，避免C1放电对放电回路中元件的破坏。
当上开关管T1故障短路时，闭合旁路开关K1将短路子模块迅速切除，使系统维持运行，但是旁路开关K1闭合后短路子模块中由于直流支撑电容放电，会在旁路开关K1、上开关管T1和直流支撑电容C1形成的放电回路中产生短路电流，短路电流达数百千安，如此大的电流产生的电动力将对连接母排、旁路开关K1内部元件、直流支撑电容内部元件等造成严重损坏，导致故障模块不能可靠旁路，事故进一步扩散，后果不堪想象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半桥式MMC子模块及其上开关管短路保护方法，用以解决半桥式MMC中的上开关管发生短路故障后，直接闭合旁路开关时，由于直流支撑电容放电对子模块中元器件造成较大损害的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种半桥式MMC子模块，包括上开关管、下开关管、旁路开关和直流支撑电容，还包括并联在直流支撑电容两端的至少一条耗能支路，所述耗能支路上串设至少一个有耗能电阻和至少一个在上开关管发生短路故障时导通的可控开关。
进一步地，所述可控开关为晶闸管、IGBT、IGCT或者GTO。
本发明的一种半桥式MMC子模块的上开关管短路保护方法，包括如下步骤：
检测上开关管是否发生短路故障；
若发生短路故障，控制可控开关导通。
进一步地，在直流支撑电容的电压值低于安全阈值时控制旁路开关闭合。
进一步地，所述可控开关为晶闸管、IGBT、IGCT或者GTO。
本发明的有益效果：
本发明在半桥子模块的上开关管发生短路故障时，控制耗能支路中的可控开关导通，使在子模块在被旁路前，直流支撑电容的大部分能量能够通过耗能支路来消耗，在直流支撑电容两端电压低于安全阈值后再控制旁路开关闭合，使得在旁路该故障的子模块时，直流支撑电容的剩余能量不会对回路中的器件和连接排造成破坏，避免了上开关管发生短路故障时该子模块被旁路开关旁路后，由于电容放电形成的短路大电动力对子模块中的元器件和连接排造成损害的情况出现，保护了回路中的器件和连接排，不影响系统的正常运行，实现了子模块的自保护。本发明简单可靠，具有较强的工程实用价值。
附图说明
图1是现有技术中的半桥式MMC子模块拓扑图；
图2是本发明的半桥式MMC子模块拓扑图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
常规式MMC子模块如图1所示，包括上开关管T1、下开关管T2和直流支撑电容C1，下开关管T2两端并联有旁路开关K1。本发明在常规半桥式MMC子模块中增加至少一条并联的耗能支路，耗能支路并联在直流支撑电容C1的两端。耗能支路上串设有至少一个耗能电阻和至少一个可控开关。
如图2所示，在该实施例中，设置一条耗能支路，在该耗能支路中串设有一个耗能电阻R2和一个晶闸管Th2。
系统正常上电运行时，晶闸管Th2不触发导通，半桥式MMC子模块正常运行。
在某一时刻，某一半桥式MMC子模块中的上开关管T1发生短路故障时，控制器在检测到上开关管T1故障后，触发晶闸管Th2导通。直流支撑电容C1通过晶闸管Th2和耗能电阻R2回路放电，当检测到直流支撑电容C1两端电压低于安全阈值时后，发送控制旁路开关K1闭合的指令。在旁路开关K1闭合后，该子模块被旁路，此时由于直流支撑电容C1的大部分能量已通过耗能支路中的耗能电阻R2消耗，剩余的能量不会对回路中的器件和连接排造成破坏，减少短路大动力能力，从而保护回路中的器件和连接排。同时，旁路开关K1闭合后子模块被旁路，不影响系统正常运行。
在该实施例中，选用了晶闸管作为可控开关，作为其他实施方式，也可采用其他的全控或半控器件，例如IGBT、IGCT、GTO等。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (5)
1.一种半桥式MMC子模块，包括上开关管、下开关管、旁路开关和直流支撑电容，其特征在于，还包括并联在直流支撑电容两端的至少一条耗能支路，所述耗能支路上串设至少一个有耗能电阻和至少一个在上开关管发生短路故障时导通的可控开关。
2.根据权利要求1所述的半桥式MMC子模块，其特征在于，所述可控开关为晶闸管、IGBT、IGCT或者GTO。
3.一种实施如权利要求1所述的半桥式MMC子模块的上开关管短路保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
检测上开关管是否发生短路故障；
若发生短路故障，控制可控开关导通。
4.根据权利要求3所述的半桥式MMC子模块的上开关管短路保护方法，其特征在于，在直流支撑电容的电压值低于安全阈值时控制旁路开关闭合。
5.根据权利要求3或4所述的半桥式MMC子模块的上开关管短路保护方法，其特征在于，所述可控开关为晶闸管、IGBT、IGCT或者GTO。
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