CN209170243U - 一种模块化多电平换流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模块化多电平换流器，其特征在于：包括三相六桥臂，每个桥臂具有若干结构相同的复合子模块，所述的复合子模块由绝缘栅双极晶体管T1、T2和二极管D1、D2和电容C1构成的半桥型子模块、绝缘栅双极晶体管T3、T4、T5和二极管D3、D4和电容C2构成的逆阻型子模块以及绝缘栅双极晶体管T6、T7以及二极管D4、D5构成的辅助模块复合而成，本实用新型快速闭锁故障电路，有效清除直流短路故障电流，保证系统的安全稳定；解决了半桥型子模块、全桥型子模块、和钳位型双子模块存在的弊端，在具备直流故障穿越能力，有效的降低了设备损耗以及成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模块化多电平换流器。
背景技术
模块化多电平换流器已成为柔性直流输电系统的首选换流器拓扑。我国已建成的上海南汇柔性直流工程、南澳三端柔性直流工程、舟山五端柔性直流输电工程以及正在建设中的厦门柔性直流工程都采用MMC结构。国际上SIEMENS已建成的美国跨湾工程和法国一西班牙联网工程都采用MMC结构。同时，ABB公司提出了一种级联两电平结构，其本质仍为MMC，并且ABB后续建设的数项柔性直流工程都采用CTL结构。因此，MMC已由最初的低压、小容量示范工程向高电压、大容量方向快速发展，展现出很好的发展前景。
当前构成MMC的基本子模块按拓扑分类有半桥型子模块、全桥型子模块、和钳位型双子模块，目前半桥型子模块目前工程中应用最为普遍，但是其不具备直流故障穿越能力，需要依靠交流断路器实现故障电流的切除，全桥和双箝位子模块都具备直流故障穿越能力，但是由于投资和运行损耗较大目前尚无工程应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，模块化多电平换流器。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种模块化多电平换流器，包括三相六桥臂，每个桥臂具有若干结构相同的复合子模块，所述的复合子模块包括绝缘栅双极晶体管T1～T7、二极管D1～D5以及电容C1～C2；
其中所述的绝缘栅双极晶体管T1～T3分别依次反向并联二极管D1～D3，绝缘栅双极晶体管T4反向并联绝缘栅双极晶体管T5，绝缘栅双极晶体管T1的集电极与电容C1正极连接，绝缘栅双极晶体管T1的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电集连接，绝缘栅双极晶体管T2的发射集与绝缘栅双极晶体管T3的发射极连接，绝缘栅双极晶体管T3的发射极与电容C2正极连接，绝缘栅双极晶体管T4的发射极与电容C2负极连接；
其中所述的二极管D4的负极与电容C1以及绝缘栅双极晶体管T1的集电极连接，绝缘栅双极晶体管T6的发射极与二极管D4的正极以及二极管D5的负极连接，绝缘栅双极晶体管T6的集电极与电容C2的正极、绝缘栅双极晶体管T3的集电极以及绝缘栅双极晶体管T7的发射极连接，绝缘栅双极晶体管T7的集电极与绝缘栅双极晶体管T1的发射极、电容C2 的负极以及二极管D5正极连接。
进一步的：所述的绝缘栅双极晶体管T1的发射极为子模块的输入端，绝缘栅双极晶体管T4的发射端为子模块的输出端。
进一步的：所述的电容C1～C2的电容额定电压相同。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：快速闭锁故障电路，有效清除直流短路故障电流，保证系统的安全稳定；解决了半桥型子模块、全桥型子模块、和钳位型双子模块存在的弊端，相比全桥型子模块和钳位型双子模块具有显著的投资较少，损耗小的特点，在具备直流故障穿越能力同时，有效的降低了设备损耗以及成本；同时本实用新型结构在未满足触发一致性的要求下依然可实现其功能，大大降低了配套控制系统的开发难度。
附图说明
图1是本实用新型实施例模块化多电平换流器的电路示意图。
图2是本实用新型实施例模式一下模块化多电平换流器阻断故障电流的示意图。
图3是本实用新型实施例模式一下模块化复合子模块阻断故障电流的示意图。
图4是本实用新型实施例模式二下模块化多电平换流器阻断故障电流的示意图。
图5是本实用新型实施例模式二下模块化多电平换流器阻断故障电流的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
参见图1-图5，本实施例一种模块化多电平换流器，包括三相六桥臂，每个桥臂具有若干结构相同的复合子模块，所述的复合子模块包括绝缘栅双极晶体管T1～T7、二极管D1～ D5以及电容C1～C2；
其中所述的绝缘栅双极晶体管T1～T3分别依次反向并联二极管D1～D3，绝缘栅双极晶体管T4反向并联绝缘栅双极晶体管T5，绝缘栅双极晶体管T1的集电极与电容C1正极连接，绝缘栅双极晶体管T1的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电集连接，绝缘栅双极晶体管 T2的发射集与绝缘栅双极晶体管T3的发射极连接，绝缘栅双极晶体管T3的发射极与电容 C2正极连接，绝缘栅双极晶体管T4的发射极与电容C2负极连接；
其中所述的二极管D4的负极与电容C1以及绝缘栅双极晶体管T1的集电极连接，绝缘栅双极晶体管T6的发射极与二极管D4的正极以及二极管D5的负极连接，绝缘栅双极晶体管T6的集电极与电容C2的正极、绝缘栅双极晶体管T3的集电极以及绝缘栅双极晶体管T7的发射极连接，绝缘栅双极晶体管T7的集电极与绝缘栅双极晶体管T1的发射极、电容C2 的负极以及二极管D5正极连接。
所述的绝缘栅双极晶体管T1的发射极为子模块的输入端，绝缘栅双极晶体管T4的发射端为子模块的输出端。
所述的电容C1、C2的电容额定电压相同。
本实施例中，MMC子模块采用上述复合子模块构成，其由绝缘栅双极晶体管T1、T2和二极管D1、D2和电容C1构成的半桥型子模块、绝缘栅双极晶体管T3、T4、T5和二极管 D3、D4和电容C2构成的逆阻型子模块以及绝缘栅双极晶体管T6、T7以及二极管D4、D5构成的附加模块复合而成。
本实施了对MMC子模块在正常运行时发生双极短路时的两组工作模式做出分析；
模式一：当所有的IGBT闭锁时，其瞬时电路状态如图2所示，本结构状态中ia经由A相下侧桥臂所有MMC复合子模块的D1、C，MMC出口处至短路故障点的线路RSd、Lsd，以及短路阻抗Zst，构成故障回路，其中MMC复合子模块内部电路状态，如图3所示，此状态下， MMC中所有子模块的二极管D1、D3和电容C1、C2串联并对其进行充电，当某时刻回路中电容电压之和大于交流侧电压瞬时值时，二极管两端最终承受反压，被迫反向截止关断，阻断故障电流通过。
模式二：当所有的IGBT闭锁时，其电路状态如图4所示，此时故障回路引入电容电压，当回路电容电压之和大于交流侧电压瞬时值时，回路中的二极管两端承受反压，迫使其关断，从而实现短路电路的直接阻断，此时，钳位的二极管与半桥子模块中的电容为故障电流提供通路，将钳位二极管以及电容串联构成回路，如图5所示，当回路所有电容电压之和大于交流侧电压时，钳位二极管最终承受反压，迫使其关段，阻断故障电流，这样避免了T5直接开断故障电流，防止T5出现过电压。
本实施例中，在绝缘栅双极晶体管T5现行关断时，此时钳位的二极管D4、D5则瞬间将短路电流至电容侧，为故障电力提供通路，则此状态下二极管T4、T5两端不会出现过电压的情况，保证了系统的安全，也由此可得，本实用新型涉及的MMC在未满足触发一致性的要求下依然可正常工作，大大降低了控制系统的开发难度。
因此由以上模式可得出，当发生故障时，闭锁所有IGBT，无论桥臂电流方向如何，都会对所有子模块进行充电，从而达到快速闭锁故障电路的效果，同时在未满足触发一致性的要求下依然可正常工作，大大降低了控制系统的开发难度。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种模块化多电平换流器，包括三相六桥臂，其特征在于：每个桥臂具有若干结构相同的复合子模块，所述的复合子模块包括绝缘栅双极晶体管T1～T7、二极管D1～D5以及电容C1～C2；
其中所述的绝缘栅双极晶体管T1～T3分别依次反向并联二极管D1～D3，绝缘栅双极晶体管T4反向并联绝缘栅双极晶体管T5，绝缘栅双极晶体管T1的集电极与电容C1正极连接，绝缘栅双极晶体管T1的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电集连接，绝缘栅双极晶体管T2的发射集与绝缘栅双极晶体管T3的发射极连接，绝缘栅双极晶体管T3的发射极与电容C2正极连接，绝缘栅双极晶体管T4的发射极与电容C2负极连接；
其中所述的二极管D4的负极与电容C1以及绝缘栅双极晶体管T1的集电极连接，绝缘栅双极晶体管T6的发射极与二极管D4的正极以及二极管D5的负极连接，绝缘栅双极晶体管T6的集电极与电容C2的正极、绝缘栅双极晶体管T3的集电极以及绝缘栅双极晶体管T7的发射极连接，绝缘栅双极晶体管T7的集电极与绝缘栅双极晶体管T1的发射极、电容C2的负极以及二极管D5正极连接。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器，其特征在于：所述的绝缘栅双极晶体管T1的发射极为子模块的输入端，绝缘栅双极晶体管T4的发射端为子模块的输出端。
3.根据权利要求1或2所述的模块化多电平换流器，其特征在于：所述的电容C1～C2的电容额定电压相同。
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| CN110995039A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-04-10 | 上海交通大学 | 一种低损耗模块化多电平换流器及其参数设计方法 |
| CN111711350A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-09-25 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种mmc换流阀运行可靠性提升方法 |
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