CN108964493A - 一种具备直流故障清除能力的mmc拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构，每相包括一个上桥臂和一个下桥臂；每个桥臂包括串联的若干个半桥子模块和桥臂电抗器，每个桥臂的两端分别连接有第一晶体管和第四晶体管，第一晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第一二极管，第四晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第四二极管，第二二极管的阳极接在第四晶体管的发射极，第二二极管的阴极接在第一晶体管的发射极，第三二极管的阳极接在第四晶体管的集电极，第三二极管的阴极接在第一晶体管的集电极。本发明能够改进现有技术的不足，能快速清除故障电流，易于实现快速重合闸。

Description

一种具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构。
背景技术
随着分布式电源与电力电子设备渗透率不断增加，传统的交流配电网在供电效率、电能质量以及输送容量等方面存在的问题日益凸显。而直流配电网凭借运行成本低、控制灵活、新能源利用率高等优点，将在未来电网中发挥重要作用。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)已经在柔性直流输电系统中获得成功应用，其模块化设计、可拓展性好、器件开关频率低，谐波特性好等诸多优点使其在直流配电网中也将具有广阔的应用前景。
由于配电网靠近用户侧，发生扰动的几率较高。传统的MMC拓扑采用半桥子模块，当直流侧故障发生时，由于反并联二极管仍能为故障电流提供通路，因此无法通过闭锁换流器来切断故障电流，影响了系统的安全稳定运行。为切断故障电流，采用具备直流故障清除能力的MMC拓扑是一种行之有效的方法，包括全桥子模块(Full Bridge Sub Module，FBSM)等。
为了进一步降低器件成本，可采取半桥子模块和全桥子模块混合MMC拓扑。在故障闭锁后，混合MMC拓扑中仅全桥子模块的电容引入故障回路，电容被充电，电压升高，因而出现半桥子模块和全桥子模块能量不均衡的情况，增大了快速重合闸的难度。此外，该混合MMC拓扑结构较复杂，提升了子模块封装、工业设计难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构，能够解决现有技术的不足，具有使用器件少，能快速清除故障电流，易于实现快速重合闸，控制简单的优点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构，每相包括一个上桥臂和一个下桥臂，上桥臂的顶端和下桥臂的底端分别和直流正、负极母线相连，上桥臂的底端和下桥臂的顶端连接到交流母线；每个桥臂包括串联的若干个半桥子模块和桥臂电抗器，每个桥臂的两端分别连接有第一晶体管和第四晶体管，第一晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第一二极管，第四晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第四二极管，第二二极管的阳极接在第四晶体管的发射极，第二二极管的阴极接在第一晶体管的发射极，第三二极管的阳极接在第四晶体管的集电极，第三二极管的阴极接在第一晶体管的集电极；半桥子模块包括并联的第二晶体管和第三晶体管，第二晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第五二极管，第三晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第六二极管，第二晶体管串联有电容。
作为优选，正常运行时，第一晶体管和第四晶体管均开通，根据调制方法决定串联的半桥子模块具体的开通和关断情况。
作为优选，当检测到故障后，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管均闭锁。
作为优选，当桥臂电流为正时，故障电流通过第一二极管和第四二极管正向流经串联的半桥子模块，半桥子模块内的电容被充电。
作为优选，当桥臂电流为负时，由于钳位第二二极管和第三二极管的引流作用，故障电流正向流经串联的半桥子模块，使半桥子模块内的电容被充电。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明的MMC拓扑结构无论桥臂电流的流向如何，当故障闭锁后，子模块的电容被充电，这些电容电压之和迅速超过交流线电压的幅值，从而实现直流故障电流的清除。具有使用器件少，能快速清除故障电流，易于实现快速重合闸，控制简单的优点。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图2是本发明一个具体实施方式中电路处于稳态条件下桥臂电流为正时的桥臂电流通路图。
图3是本发明一个具体实施方式中电路处于稳态条件下桥臂电流为负时的桥臂电流通路图。
图4是本发明一个具体实施方式中电路处于故障闭锁条件下桥臂电流为正时的桥臂电流通路图。
图5是本发明一个具体实施方式中电路处于故障闭锁条件下桥臂电流为负时的桥臂电流通路图。
图6是本发明一个具体实施方式中电路处于故障闭锁条件下半桥子模块内的电流通路图。
具体实施方式
参照图1-6，本发明一个具体实施方式，每相包括一个上桥臂和一个下桥臂，上桥臂的顶端和下桥臂的底端分别和直流正、负极母线相连，上桥臂的底端和下桥臂的顶端连接到交流母线；每个桥臂包括串联的若干个半桥子模块SM和桥臂电抗器L，每个桥臂的两端分别连接有第一晶体管VT1和第四晶体管VT4，第一晶体管VT1的发射极和集电极之间反向并联有第一二极管VD1，第四晶体管VT4的发射极和集电极之间反向并联有第四二极管VD4，第二二极管VD2的阳极接在第四晶体管VT4的发射极，第二二极管VD2的阴极接在第一晶体管VT1的发射极，第三二极管VD3的阳极接在第四晶体管VT4的集电极，第三二极管VD3的阴极接在第一晶体管VT1的集电极；半桥子模块SM包括并联的第二晶体管S1和第三晶体管S2，第二晶体管S1的发射极和集电极之间反向并联有第五二极管VD5，第三晶体管S2的发射极和集电极之间反向并联有第六二极管VD6，第二晶体管S1串联有电容C。
正常运行时，第一晶体管和第四晶体管均开通，根据调制方法决定串联的半桥子模块具体的开通和关断情况。
当检测到故障后，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管均闭锁。当桥臂电流为正时，故障电流通过第一二极管和第四二极管正向流经串联的半桥子模块，半桥子模块内的电容被充电。当桥臂电流为负时，由于钳位第二二极管和第三二极管的引流作用，故障电流正向流经串联的半桥子模块，使半桥子模块内的电容被充电。
图中虚线所指即为电流流向。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构，其特征在于：每相包括一个上桥臂和一个下桥臂，上桥臂的顶端和下桥臂的底端分别和直流正、负极母线相连，上桥臂的底端和下桥臂的顶端连接到交流母线；每个桥臂包括串联的若干个半桥子模块和桥臂电抗器，每个桥臂的两端分别连接有第一晶体管和第四晶体管，第一晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第一二极管，第四晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第四二极管，第二二极管的阳极接在第四晶体管的发射极，第二二极管的阴极接在第一晶体管的发射极，第三二极管的阳极接在第四晶体管的集电极，第三二极管的阴极接在第一晶体管的集电极；半桥子模块包括并联的第二晶体管和第三晶体管，第二晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第五二极管，第三晶体管的发射极和集电极之间反向并联有第六二极管，第二晶体管串联有电容。
2.根据权利要求1所述的具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构，其特征在于：正常运行时，第一晶体管和第四晶体管均开通，根据调制方法决定串联的半桥子模块具体的开通和关断情况。
3.根据权利要求1所述的具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构，其特征在于：当检测到故障后，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管均闭锁。
4.根据权利要求3所述的具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构，其特征在于：当桥臂电流为正时，故障电流通过第一二极管和第四二极管正向流经串联的半桥子模块，半桥子模块内的电容被充电。
5.根据权利要求3所述的具备直流故障清除能力的MMC拓扑结构，其特征在于：当桥臂电流为负时，由于钳位第二二极管和第三二极管的引流作用，故障电流正向流经串联的半桥子模块，使半桥子模块内的电容被充电。
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