CN204334376U - 一种带故障切除的mmc子模块拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的带故障切除的MMC子模块拓扑结构，在两个开关管组成一个逆变半桥结构的基础上，在输入端并联一个整流桥堆模块，所述的整流桥堆模块包括整流桥堆和绝缘栅双极型晶体管T3，其工作方式受绝缘栅双极型晶体管T3控制。当子模块正常工作时，绝缘栅双极型晶体管T3处于关闭状态，整流桥模块为断开状态；当子模块出现故障时，故障信息及时反馈到子模块控制器，子模块控制器将唤醒输入端处于断开状态的绝缘栅双极型晶体管T3，整流桥堆模块为导通状态，切除处于故障状态的子模块。所述的MMC子模块拓扑结构，在子模块故障时，能够及时切除故障下的子模块，避免故障电流影响其它元器件，保证系统稳定，适用于交流侧和直流侧故障下的故障切除，灵活性高。

Description

一种带故障切除的MMC子模块拓扑结构

技术领域

本实用新型涉及模块化多电平变换器(MMC)领域，具体地，是一种带故障切除的MMC子模块拓扑结构。

背景技术

西门子公司提出的模块化多电平换流器(MMC)，采用模块化设计，通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化。MMC换流器由于具有输出波形质量较高，开关频率和开关损耗较低以及可以使用通用电力电子器件等优点，因此具有良好的应用前景。

通常，子模块由两个开关管组成一个逆变半桥的结构，其中上半桥开关管由IGBT及与之反并联的二极管组成，下半桥开关管由IGBT及与之反并联的二极管组成，另外包括子模块储能电容器。

现有的绝大部分子模块不具有故障切除或者仅具有直流侧故障切除的能力，在MMC换流器系统中，子模块的故障是时常发生的。子模块故障时，MMC子模块将不能正常工作。对于不具有故障切除能力的子模块而言，故障时产生的故障电流影响其它元器件，进而影响整个系统；对于仅具有直流侧故障切除能力的子模块而言，在发生交流侧故障时，该子模块不能被切除，且灵活性较底。

综上所述，如何避免在子模块故障时影响其它子模块正常运行成为了该领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供的带故障切除的MMC子模块拓扑结构，可以有效解决上述问题。

本实用新型提供的带故障切除的MMC子模块拓扑结构，在两个开关管组成一个逆变半桥结构的基础上，在输入端并联一个整流桥堆模块，所述的整流桥堆模块包括整流桥堆和绝缘栅双极型晶体管T3，其工作方式受绝缘栅双极型晶体管T3控制；所述的整流桥堆包括四个二极管，即D3、D4、D5、D6。

需要在此说明的是，整流桥堆模块二极管D3的阴极与D4的阳极和绝缘栅双极型晶体管T1的发射极是电气连接；二极管D5的阴极与D6的阳极和绝缘栅双极型晶体管T2的发射极是电气连接；二极管D3的阳极与D5的阳极和绝缘栅双极型晶体管T3的发射极是电气连接；二极管D4的阴极与D6的阴极和绝缘栅双极型晶体管T3的集电极是电气连接。

当子模块正常工作时，绝缘栅双极型晶体管T3处于关闭状态，整流桥堆模块为断开状态；当子模块出现故障时，故障信息及时反馈到子模块控制器，子模块控制器唤醒输入端处于断开状态的绝缘栅双极型晶体管T3，此刻整流桥堆模块为导通状态，切除处于故障状态下的子模块。

所述的整流桥堆是由四个二极管，即D3、D4、D5、D6组成，设定不同输入输出实现不同的功能。

具体地，整流桥堆模块的工作方式由绝缘栅双极型晶体管T3控制，所述的工作方式分为关闭状态和导通状态。

具体地，子模块无故障时，整流桥堆模块处于关闭状态；子模块故障时，整流桥堆模块处于导通状态。

具体地，整流桥堆模块中的绝缘栅双极型晶体管T3是由子模块控制器控制的。

具体地，子模块在出现故障时，及时反馈故障信息到子模块控制器；子模块控制器根据接收到的故障信息唤醒处于断开状态下整流堆模块中的绝缘栅双极型晶体管T3，切除故障下的子模块。

所述的子模块控制器采集子模块电容电压并且通过光纤传送到主控制器，根据主控制器传送来的指令，决定是否驱动子模块，而且对子模块故障时作切除子模块指令并发送故障信息至主控制器。

所述的带故障切除的MMC子模块的拓扑结构，适用于交流侧和直流侧故障下的故障切除。

简而言之，本实用新型提供的一种带故障切除的MMC子模块拓扑结构，在子模块故障时，能够及时切除故障下的子模块，避免故障电流影响其它元器件，保证系统稳定，适用于交流侧和直流侧故障下的故障切除，灵活性高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的拓扑结构。

图2是本实用新型的无故障时子模块运行示意图。

图3是本实用新型的故障后子模块运行示意图(电流i)。

图4是本实用新型的故障后子模块运行示意图(电流-i)。

图1、图2、图3、图4中，T1、T2、T3表示绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；D1、D2、D3、D4、D5、D6表示二极管；C表示电容器。

图2、图3、图4中，粗线表示电流流过路径，细线表示无电流路径。

图3、图4中，i表示电流，箭头表示电流流向。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型进行进一步的详细描述。

请参照图1、图2、图3、图4，图1是本实用新型的拓扑结构。图2是本实用新型的无故障时子模块运行示意图。图3是本实用新型的故障后子模块运行示意图(电流i)。图4是本实用新型的故障后子模块运行示意图(电流-i)。

本实用新型提供的带故障切除的MMC子模块拓扑结构，由3个绝缘栅双极型晶体管、6个二极管和一个电容器C构成，具体包括，由两个绝缘栅双极型晶体管即T1和T2组成一个逆变半桥的结构，其中上半桥开关管由绝缘栅双极型晶体管T1及与之反并联的二极管D1组成，下半桥开关管由绝缘栅双极型晶体管T2及与之反并联的二极管D2组成；在输入端并联整流桥堆模块，另外包括子模块储能电容器C。

所述的整流桥堆模块是由整流桥堆和一个绝缘栅双极型晶体管T3构成。

所述的整流桥堆是由四个二极管，即D3、D4、D5、D6组成，设定不同输入输出实现不同的功能。

具体地，整流桥堆模块的工作方式由绝缘栅双极型晶体管T3控制，所述的工作方式分为关闭状态和导通状态。

具体地，子模块无故障时，整流桥堆模块处于关闭状态；子模块故障时，整流桥堆模块处于导通状态。

具体地，整流桥堆模块中的绝缘栅双极型晶体管T3是由子模块控制器控制的。

具体地，子模块在出现故障时，及时反馈故障信息到子模块控制器；子模块控制器根据接收到的故障信息唤醒处于断开状态下整流堆模块中的绝缘栅双极型晶体管T3，切除故障下的子模块。

所述的子模块控制器采集子模块电容电压并且通过光纤传送到主控制器，根据主控制器传送来的指令，决定是否驱动子模块，而且对子模块故障时作切除子模块指令并发送故障信息至主控制器。

需要在此说明的是，如图1所示中整流桥堆模块二极管D3的阴极与D4的阳极和绝缘栅双极型晶体管T1的发射极是电气连接；二极管D5的阴极与D6的阳极和绝缘栅双极型晶体管T2的发射极是电气连接；二极管D3的阳极与D5的阳极和绝缘栅双极型晶体管T3的发射极是电气连接；二极管D4的阴极与D6的阴极和绝缘栅双极型晶体管T3的集电极是电气连接。

所述的带故障切除的MMC子模块的拓扑结构，适用于交流侧和直流侧故障下的故障切除。

所述的带故障切除的MMC子模块的拓扑结构，有两种运行状态，即故障时和无故障时；无故障时，其子模块运行示意如图2所示；故障时，当电流是i时，子模块运行示意如图3所示，当电流是-i时，子模块运行示意如图4所示。

本实用新型提供了一种带故障切除的MMC子模块拓扑结构，在子模块故障时，能够及时切除故障下的子模块，避免故障电流影响其它元器件，保证系统稳定，适用于交流侧和直流侧故障下的故障切除，灵活性高。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种带故障切除的MMC子模块拓扑结构，其特征在于，在两个开关管组成一个逆变半桥结构的基础上，在输入端并联一个整流桥堆模块，所述的整流桥堆模块包括整流桥堆和一个绝缘栅双极型晶体管T3，工作方式受绝缘栅双极型晶体管T3控制；所述的整流桥堆包括四个二极管，即D3、D4、D5、D6。

2.根据权利要求1所述的带故障切除的MMC子模块拓扑结构，其特征在于，整流桥堆模块二极管D3的阴极与D4的阳极和绝缘栅双极型晶体管T1的发射极是电气连接；二极管D5的阴极与D6的阳极和绝缘栅双极型晶体管T2的发射极是电气连接；二极管D3的阳极与D5的阳极和绝缘栅双极型晶体管T3的发射极是电气连接；二极管D4的阴极与D6的阴极和绝缘栅双极型晶体管T3的集电极是电气连接。