CN216355991U - 模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 - Google Patents
模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 Download PDFInfo
- Publication number
- CN216355991U CN216355991U CN202122061656.2U CN202122061656U CN216355991U CN 216355991 U CN216355991 U CN 216355991U CN 202122061656 U CN202122061656 U CN 202122061656U CN 216355991 U CN216355991 U CN 216355991U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current
- direct
- direct current
- bridge arm
- fault
- 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
Links
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 6
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 3
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种模块化多电平换流器的改进拓扑结构及换流站，相对现有技术，本实用新型的改进拓扑结构还包括：直流侧阻尼支路、分断支路和多个桥臂阻尼支路；直流侧阻尼支路连接在拓扑结构的两个直流端口的正负极之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收直流故障电流；分断支路连接在各桥臂的直流端并联点与拓扑结构的一个直流端口之间，用于在发生直流短路故障的情况下，切断各相单元与直流端口之间的电连接；桥臂阻尼支路串联在每个桥臂中的子模块组与电感之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收电感产生的放电电流。本实用新型有效抑制和清除了直流侧故障电流，且控制简单，稳态运行损耗小、投资成本低、适用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力传输技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器 MMC的改进拓扑结构及换流站。
背景技术
面对日益严重的环境污染和能源短缺问题，21世纪以来，世界各国积极推出一系列支持低碳环保项目的经济政策，鼓励风力发电、光伏发电、水力发电、储能技术等各种可再生能源开发，实现经济的可持续健康发展。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current，MMC-HVDC)由于其自身拓扑的优势，相比于传统电网换相换流器(Line Commutated Converter，LCC)在清洁能源并网发电领域具有十分广泛的应用。
MMC-HVDC是一个“低惯量”系统，直流侧双极短路故障是MMC-HVDC 最严重的故障情形之一，故障发生后的过流保护导致绝缘栅双极型晶体管 (Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)闭锁，但反并联的二极管仍会提供电流通路，电网仍然不断向直流侧馈入电流，直流侧类似处于三相短路状态，直流系统阻尼过低且直流电流没有过零点，一旦发生直流侧短路故障，电流上升率很高，可达几千A/ms，故障电流清除难度大，直流侧短路故障将导致系统面临严峻的过电流考验。
现有技术中，实现清除永久性直流侧短路故障的方法主要有：打开交流侧断路器(AC Circuit Breaker，ACCB)、采用直流断路器(DC Circuit Breaker， DCCB)，以及在HVDC换流站中嵌入具有直流侧故障穿越能力的子模块等。但上述方法都存在着很多不足之处，如ACCB即时性不够，故障发生数十毫秒后才能触发断路器动作，在这期间系统处于不控整流状态，系统需要承受很大的故障电流。又如DCCB方法中，机械式断路器故障分断速度慢，不符合直流电网快速隔离故障的要求；且运行损耗大，工程造价高；复杂度和控制难度也都比较高。而嵌入具有直流侧故障穿越能力的子模块虽然通过自身拓扑的改进具备了故障穿越能力，但这会显著增加器件成本和功率损耗。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种模块化多电平换流器MMC的改进拓扑结构及换流站，通过对MMC的拓扑结构进行改进，以克服或部分克服上述问题。
第一方面，本实用新型提供了一种模块化多电平换流器MMC的改进拓扑结构，包括交流端口、直流端口和多个相单元，每个相单元包括上下两个桥臂，每个桥臂包括子模块组和电感，所述拓扑结构的交流端口分别基于各桥臂的交流端实现，该拓扑结构还包括：
直流侧阻尼支路、分断支路和多个桥臂阻尼支路；
直流侧阻尼支路连接在拓扑结构的两个直流端口的正负极之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收直流故障电流；
分断支路连接在各桥臂的直流端并联点与拓扑结构的一个直流端口之间，用于在发生直流短路故障的情况下，切断各相单元与直流端口之间的电连接；
桥臂阻尼支路串联在每个桥臂中的子模块组与电感之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收电感产生的放电电流。
可选的，在上述MMC的改进拓扑结构中，直流侧阻尼支路包括第一二极管和第一电阻，所述第一二极管的阳极连接所述第一电阻的一端；
第一二极管的阴极与拓扑结构的一个直流端口连接；第一电阻的另一端与拓扑结构的另一个直流端口连接。
可选的，在上述MMC的改进拓扑结构中，第一二极管为耐高压二极管堆。
可选的，在上述MMC的改进拓扑结构中，第一电阻的电阻值满足下述公式：
其中，Rdc为发生直流短路故障的情况下，所述拓扑结构直流侧的等效电阻；Rd为第一电阻Rd的电阻；Ldc为平波电抗器Ldc的电感；td为直流短路故障发生后，直流侧故障电流衰减到零的时长。
可选的，在上述MMC的改进拓扑结构中，分断支路包括机械开关和分断器，机械开关的一端连接分断器的输入端；
机械开关的另一端连接各桥臂的直流端并联点；
分断器的输出端连接拓扑结构的一个直流端口。
可选的，在上述MMC的改进拓扑结构中，分断器为多个全控型电力电子器件串联构成。
可选的，在上述MMC的改进拓扑结构中，全控型电力电子器件包括第二二极管和第一绝缘栅双极型晶体管；
第二二极管的阴极连接第一绝缘栅双极型晶体管的集电极，第二二极管的阳极连接第一绝缘栅双极型晶体管的发射极。
可选的，在上述MMC的改进拓扑结构中，桥臂阻尼支路包括：第三二极管，第二绝缘栅双极型晶体管和第二电阻；
第三二极管的阴极分别连接第二绝缘栅双极型晶体管的集电极，和第二电阻的一端，第三二极管的阳极分别连接第二绝缘栅双极型晶体管的发射极，和第二电阻的另一端；
第三二极管的阴极还连接桥臂的电感，第三二极管的阳极还连接桥臂的子模块组。
可选的，上述MMC的改进拓扑结构还包括：故障检测模块，故障检测模块分别连接各相单元；
故障检测模块，用于获取各桥臂的电流峰值，若一个桥臂的电流峰值大于预设阈值，则确定拓扑结构发生直流短路故障。
第二方面，本实用新型提供了一种换流站，该换流站包括上述任一的模块化多电平换流器的改进拓扑结构，该换流站同时连接于直流电网和交流电网。
本实用新型实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本实用新型通过对模块化多电平换流器的拓扑结构进行改进，实现了在直流侧发生短路故障时，对直流侧故障电流的转移与抑制，快速实现交流侧和直流侧的隔离；有效抑制和清除了直流侧故障电流，且控制简单，稳态运行损耗小、投资成本低、适用范围广，显著降低了消除直流短路故障的成本，减小了交直流侧过电流的持续时间和危害。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1示出根据现有技术的一个模块化多电平换流器的拓扑结构的结构示意图；
图2示出根据本实用新型的一个实施例的MMC的改进拓扑结构的结构示意图；
图3示出根据本实用新型的一个实施例的在直流短路故障发生初期的 MMC的改进拓扑结构中的故障电流通路的示意图；
图4示出根据本实用新型的一个实施例的在直流短路故障发生后期的 MMC的改进拓扑结构中的故障电流通路的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普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，都属于本实用新型保护的范围。
以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。
MMC-HVDC的直流侧故障电流清除能力是柔直输电在架空线应用场合中所必须要解决的关键问题。现有技术中，实现清除直流侧短路故障的方法主要有以下三种：打开交流侧断路器(AC Circuit Breaker，ACCB)、采用直流断路器(DC Circuit Breaker，DCCB)，以及在HVDC换流站中嵌入具有直流侧故障穿越能力的子模块。
ACCB技术中，初期MMC-HVDC常常采用ACCB技术来隔离直流侧故障，依靠灭弧原理，系统检测到直流侧故障发生后会触发交流断路器动作，断开电网和换流器之间的连接，从而实现故障隔离。但ACCB即时性不够，故障发生数十ms才能触发断路器动作，在这期间系统处于不控整流状态，系统需要承受很大的故障电流。虽然并联晶闸管可以分流短路电流，故障电流的切断还是要依靠触发ACCB，这种策略需要配合恰当的限流措施抑制过电流以减少故障恢复的时间，还存在着重启时序复杂的问题。
DCCB技术中，直流断路器安装在柔性直流输电的直流输出端口，已有机械式断路器、全固态断路器以及混合式断路器等相继被研发出来。机械式直流断路器是以交流断路器灭弧技术为变革基础设计的，具有制造成本低、分断能力强、通态损耗低等优点。全固态断路器基于电力电子器件，依靠半控或全控型器件对直流侧线路进行可靠开断，能够迅速分断故障电流。混合式断路器是机械开关和电力电子器件的合理组合得到，可以有串并联多种形式组合，具备两种断路器的优点。但是DCCB方法中，机械式断路器故障分断速度慢，不符合直流电网快速隔离故障的要求；全固态断路器缺点是运行损耗大，工程造价高；混合式断路器运行损耗几乎可以忽略，同时保留了超快电流阻断能力，复杂度和控制难度都比较高，投资成本同样较高。
在HVDC换流站中嵌入具有直流侧故障穿越能力的子模块的技术中，目前，MMC-HVDC系统的主流配置是单一子模块，实际工程中半桥子模块(Half bridge submodule，HBSM)应用最为成熟和广泛，近些年学者们提出了诸多具有直流侧故障穿越能力的子模块，如全桥、双箝位等。全桥和双箝位子模块拓扑在故障闭锁后能够通过子模块中的电容充电形成的反压来抑制故障电流，在很短时间内阻断短路电流通道，实现故障穿越。嵌入具有直流侧故障穿越能力的子模块虽然通过自身拓扑的改进具备了故障穿越能力，但存在着增加器件成本和功率损耗的缺陷。
本实用新型的思路在于，针对典型HB-MMC(半桥-MMC)无法阻断直流侧短路故障电流问题，提出一种MMC，对其拓扑结构进行改进，改进后的拓扑结构，能实现有效抑制和清除直流侧故障电流，且控制简单，稳态运行损耗远远小于嵌入具有直流故障穿越能力子模块的MMC拓扑，同时成本得到了有效下降，减小了交直流侧过电流的持续时间和危害。
图1示出根据现有技术的一个模块化多电平换流器的拓扑结构的结构示意图，从图1可以看出，该拓扑结构包括交流端口、直流端口(图中各桥臂SM1或SMn未连接电子器件的一端)和多个相单元(图中方框内)，每个相单元包括桥臂，每个桥臂包括若干个子模块组SM1～SMn或SMn+1～SM2n和电感L0，拓扑结构的交流端口分别基于各桥臂的交流端实现，具体的，各桥臂的交流端通过一个电感Lac连入交流电源中的一相。在本实用新型中，为了方便陈述，人为规定图1中包电感Ldc的一端为正极，另一端为负极。
图2示出根据本实用新型的一个实施例的MMC的改进拓扑结构的结构示意图，同时参考图1和图2可以看出，本实用新型在图1的基础上，增加了直流侧阻尼支路、分断支路和多个桥臂阻尼支路。
直流侧阻尼支路连接在拓扑结构的两个直流端口的正负极之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收直流故障电流。在本实用新型的一些实施例中，直流侧阻尼支路包含但不限于第一二极管Dd和第一电阻Rd，第一二极管Dd的阳极连接第一电阻Rd的一端；第一二极管Dd的阴极与拓扑结构的一个直流端口连接，这里为拓扑结构的正极直流端口；第一电阻Rd的另一端与拓扑结构的另一个直流端口连接，这里为拓扑结构的负极直流端口。拓扑结构稳态运行时，此直流侧阻尼支路被隔离失效，但是第一二极管Dd将承受很高的直流反压；在发生直流侧短路故障时，在隔离换流站MMC的拓扑结构后，第一二极管Dd作为续流二极管导通，第一电阻Rd能够迅速吸收大量能量，有效衰减直流侧故障电流。
分断支路连接在各桥臂的直流端并联点与拓扑结构的一个直流端口之间，用于在发生直流短路故障的情况下，切断各相单元与直流端口之间的电连接。在本实用新型的一些实施例中，分断支路包括机械开关，机械开关被配置为在分断支路的电流下降至预设值的情况下断开，在发生直流侧短路故障时，分断支路的电流会快速衰减，当其衰减到预设值的情况下，机械开关会断开，以切断直流侧和交流侧。在本实用新型的一些实施例中，分断支路包括分断器T1 和机械开关K两部分，快速机械开关K的与分断器T1串联，即快速机械开关 K的一端连接分断器T1的输入端，机械开关K的另一端连接各桥臂的直流端并联点；分断器T1的输出端连接拓扑结构的一个直流端口，这里为拓扑结构的正极直流端口。若直流侧发生短路故障，此分断支路起到迅速隔离换流站和短路故障点的作用。
在本实用新型的一些实施例中，分断器T1为带有反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)构成，如图2所示，分断器T1包括第二二极管D2和第一绝缘栅双极型晶体管S1；第二二极管D2 的阴极连接第一绝缘栅双极型晶体管S1的集电极，第二二极管D2的阳极连接第一绝缘栅双极型晶体管S1的发射极；第二二极管D2的阴极还连接机械开关 K的一端，第二二极管D2的阳极还连接拓扑结构的正极直流端口。正常工作时，分断支路能够双向导通；直流侧短路故障发生后，分断器T1中的第一绝缘栅双极型晶体管S1首先关断，第二二极管D2将承受很大的反向电压，在一断时间后，该反向电压带来的电流降至零时，机械开关K迅速隔离换流站和直流侧故障线路。
桥臂阻尼支路T2(Arm Damping Module，ADM)串联在每个桥臂中的子模块组与电感之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收电感L0产生的放电电流。如图2所示，在每个桥臂的与模块组与电感之间均增设了桥臂阻尼支路 T2，在本实用新型的一些实施例中，各桥臂阻尼支路T2包括第三二极管D3，第二绝缘栅双极型晶体管S2和第二电阻RA；第三二极管D3的阴极分别连接第二绝缘栅双极型晶体管S2的集电极，和第二电阻RA的一端，第三二极管 D3的阳极分别连接第二绝缘栅双极型晶体管S2的发射极，和第二电阻RA的另一端；第三二极管D3的阴极还连接桥臂的电感L0，第三二极管D3的阳极还连接桥臂的子模块组SMn或SMn+1。
拓扑结构稳态运行时，第二绝缘栅双极型晶体管S2处于导通状态，第二电阻RA被旁路，整个桥臂阻尼支路T2对拓扑结构系统不起作用；在直流侧发生短路故障时，拓扑结构的保护控制单元触发各桥臂的子模块闭锁，同时闭锁第二绝缘栅双极型晶体管S2即可，不需要专门设计控制策略，此时第二电阻 RA会被投入到桥臂支路中，发挥抑制桥臂的电感L0产生的故障电流的作用。
拓扑结构正常工作下，桥臂阻尼支路只有第三二极管D3或第二绝缘栅双极型晶体管S2处于工作状态，桥臂阻尼电阻不起作用，损耗小；分断支路处于导通状态时损耗也很小，而直流侧阻尼支路处于隔离状态，并没有进行工作，因此整体拓扑损耗很低。
从图2可以看出，本实用新型通过对模块化多电平换流器的拓扑结构进行改进，实现了在直流侧发生短路故障时，对直流侧故障电流的转移与抑制，快速实现交流侧和直流侧的隔离；有效抑制和清除了直流侧故障电流，且控制简单，稳态运行损耗小、投资成本低、适用范围广，显著降低了消除直流短路故障的成本，减小了交直流侧过电流的持续时间和危害。
在本实用新型的一些实施例中，分断支路可以是混合式高压直流断路器，能有效将交直流侧隔离开，直流侧阻尼支路的第一二极管Dd可以采用耐高压二极管堆来实现。
由于发生故障后，直流侧阻尼支路和平波电抗器Ldc可看做一阶RL零输入响应电路，那么这部分的支路故障电流Id为：
考虑直流侧阻尼支路故障电流在t＝td前降为零，那么第一电阻Rd满足：
在式(1)、式(2)和式(3)中，Idc0为分断支路断开时刻直流侧电流瞬间值；τ为电流衰减时间常数；Rdc为发生直流短路故障的情况下，所述拓扑结构直流侧的等效电阻；Rd为第一电阻Rd的电阻；Ldc为平波电抗器Ldc的电感；td为直流短路故障发生后，直流侧故障电流衰减到零的时长。
通过式(3)可以知道，直流侧故障电流的衰减速率和平波电抗器、直流侧等效电阻以及阻尼电阻密切相关。平波电抗器Ldc的电感值越大，故障电流持续时间越长。在给定第一电阻Rd的电阻值时应该考虑最严峻的情况，即在直流传输线端口故障，此时线路等效阻抗最小，即Rdc＝0，因此，Rd最好满足式(3)的关系。
在本实用新型的一些实施例中，分断支路要充分考虑分断器T1在故障闭锁初期可能承担的最大电压应力，一般采取多个全控型电力电子器件串联进行分压；即在本实用新型的另一些实施例中，分断器为多个全控型电力电子器件 (图中未示出)串联后与机械开关K串联，形成分断支路，可以理解为分断器 T1为多个带有反并联二极管的IGBT单向串联构成。另外直流侧短时故障电流峰值也是分断器T1中器件所必须处理的，要留有足够的裕量，避免损坏。
在本实用新型的一些实施例中，在故障闭锁初级阶段，各桥臂电流较大，各桥臂阻尼支路的第二电阻RA被瞬间投入，故障电流会在桥臂阻尼支路T2两端产生一个明显的过电压，为防止第二绝缘栅双极型晶体管S2损坏，第二电阻RA的电阻值不宜过大，但也不宜太小，本领域技术人员在保证各桥臂电流衰减速度的情况下，可根据具体工程需求折中取值。
在本实用新型的一些实施例中，上述的MMC的改进拓扑结构还包括：故障检测模块(图中未示出)，故障检测模块分别连接各相单元；故障检测模块，用于获取各桥臂的电流峰值，若一个桥臂的电流峰值大于预设阈值，则确定拓扑结构发生直流短路故障。本实用新型在故障电流检测中，引入了桥臂电流峰值检测机制，即一个桥臂过流即闭锁整个换流站，这种方式，控制逻辑简单。只需要检测桥臂电流峰值得到直流侧故障信息，桥臂阻尼支路和分断支路进行关断即可，无需配置额外的控制策略，较传统直流侧电流检测更加迅速有效。
图3示出根据本实用新型的一个实施例的在直流短路故障发生初期的 MMC的改进拓扑结构中的故障电流通路的示意图；图4示出根据本实用新型的一个实施例的在直流短路故障发生后期的MMC的改进拓扑结构中的故障电流通路的示意图。请同时参考图3和图4，本实用新型的一些实施例中的改进拓扑结构在清除直流侧短路故障导致的故障电流的流程可简述如下：
拓扑结构的故障保护系统通过故障检测模块，获取各桥臂的电流峰值，若一个桥臂的电流峰值大于预设阈值，则确定拓扑结构发生直流短路故障。
故障保护系统确定模块化多电平换流器的改进拓扑结构发生直流短路故障后，经短暂延时后触发各桥臂的各子模块、分断支路T1的第一绝缘栅双极型晶体管S1、桥臂阻尼支路的第二绝缘栅双极型晶体管S2全部闭锁。此时故障电流分为两个部分：直流侧故障电流和桥臂电流，其中，直流侧故障电流电流流经故障点以及直流侧阻尼支路，此时，直流侧部分可以看做是一阶RL零输入响应电路，直流侧故障电流迅速衰减到0。拓扑结构在全部子模块闭锁后，桥臂阻尼投入，桥臂电流迅速下降，因此能够有效保护子模块中的绝缘栅双极型晶体管，这段时间可看做故障闭锁初期阶段，如图3所示，整个拓扑结构中的电流方向如图中灰色线条和箭头所示。待分断支路的机械开关K断开后，仍有部分桥臂中的电感还未放电完毕，桥臂电流在桥臂阻尼的作用下继续下降至零，这个阶段可以看做故障闭锁后期阶段，如图4所示，整个拓扑结构中的电流方向如图中灰色线条和箭头所示。
应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
还需要理解，术语“上”、“下上”、“下”“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、、“第三”等只是为了方便标记和描述，没有实际含义。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种模块化多电平换流器MMC的改进拓扑结构，包括交流端口、直流端口和多个相单元，每个相单元包括上下两个桥臂，每个桥臂包括子模块组和电感，所述拓扑结构的交流端口分别基于各桥臂的交流端实现，其特征在于，所述拓扑结构还包括：
直流侧阻尼支路、分断支路和多个桥臂阻尼支路；
所述直流侧阻尼支路连接在所述拓扑结构的两个直流端口的正负极之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收直流故障电流；
所述分断支路连接在各桥臂的直流端并联点与所述拓扑结构的一个直流端口之间，用于在发生直流短路故障的情况下，切断各相单元与所述直流端口之间的电连接；其中所述分断支路包括机械开关，所述机械开关被配置为在所述分断支路的电流下降至预设值的情况下断开；
所述桥臂阻尼支路串联在每个桥臂中的子模块组与电感之间，用于在发生直流短路故障的情况下，吸收所述电感产生的放电电流。
2.根据权利要求1所述的MMC的改进拓扑结构，其特征在于，所述直流侧阻尼支路包括第一二极管和第一电阻，所述第一二极管的阳极连接所述第一电阻的一端；
所述第一二极管的阴极与所述拓扑结构的一个直流端口连接；所述第一电阻的另一端与所述拓扑结构的另一个直流端口连接。
3.根据权利要求2所述的MMC的改进拓扑结构，其特征在于，所述第一二极管为耐高压二极管堆。
4.根据权利要求2所述的MMC的改进拓扑结构，其特征在于，所述第一电阻的电阻值满足下述公式：
其中，Rdc为发生直流短路故障的情况下，所述拓扑结构直流侧的等效电阻；Rd为第一电阻Rd的电阻；Ldc为平波电抗器Ldc的电感；td为直流短路故障发生后，直流侧故障电流衰减到零的时长。
5.根据权利要求1所述的MMC的改进拓扑结构，其特征在于，所述分断支路包括机械开关和分断器，所述机械开关的一端连接所述分断器的输入端；
所述机械开关的另一端连接各桥臂的直流端并联点；
所述分断器的输出端连接所述拓扑结构的一个直流端口。
6.根据权利要求5所述的MMC的改进拓扑结构，其特征在于，所述分断器为多个全控型电力电子器件串联构成。
7.根据权利要求6所述的MMC的改进拓扑结构，其特征在于，所述全控型电力电子器件包括第二二极管和第一绝缘栅双极型晶体管；
所述第二二极管的阴极连接所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述第二二极管的阳极连接所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极。
8.根据权利要求1所述的MMC的改进拓扑结构，其特征在于，所述桥臂阻尼支路包括：第三二极管，第二绝缘栅双极型晶体管和第二电阻；
所述第三二极管的阴极分别连接所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极，和所述第二电阻的一端，所述第三二极管的阳极分别连接所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极，和所述第二电阻的另一端；
所述第三二极管的阴极还连接所述桥臂的电感，所述第三二极管的阳极还连接所述桥臂的子模块组。
9.根据权利要求1所述的MMC的改进拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构还包括：故障检测模块，所述故障检测模块分别连接各所述相单元；
所述故障检测模块，用于获取各桥臂的电流峰值，若一个桥臂的电流峰值大于预设阈值，则确定所述拓扑结构发生直流短路故障。
10.一种换流站，其特征在于，所述换流站包括如权利要求1～9中任一项所述的模块化多电平换流器MMC的改进拓扑结构，所述换流站同时连接于直流电网和交流电网。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202122061656.2U CN216355991U (zh) | 2021-08-30 | 2021-08-30 | 模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202122061656.2U CN216355991U (zh) | 2021-08-30 | 2021-08-30 | 模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN216355991U true CN216355991U (zh) | 2022-04-19 |
Family
ID=81169388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202122061656.2U Active CN216355991U (zh) | 2021-08-30 | 2021-08-30 | 模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN216355991U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113783448A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-10 | 广州智光电气技术有限公司 | 模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 |
| CN117669026A (zh) * | 2023-11-24 | 2024-03-08 | 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 | 一种发射舱结构阻尼布置拓扑优化方法 |
-
2021
- 2021-08-30 CN CN202122061656.2U patent/CN216355991U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113783448A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-10 | 广州智光电气技术有限公司 | 模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 |
| CN117669026A (zh) * | 2023-11-24 | 2024-03-08 | 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 | 一种发射舱结构阻尼布置拓扑优化方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107565590B (zh) | 适用于风电外送的混合高压直流输电系统 | |
| Pang et al. | Research on key technology and equipment for Zhangbei 500kV DC grid | |
| Sano et al. | A surgeless solid-state DC circuit breaker for voltage-source-converter-based HVDC systems | |
| Schmitt et al. | DC-side fault current management in extended multiterminal-HVDC-grids | |
| CN111181416B (zh) | 一种模块化多电平换流器及直流故障清除方法 | |
| US20160268915A1 (en) | Submodule for modular multi-level converter and application thereof | |
| CN216355991U (zh) | 模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 | |
| Gowaid | A low-loss hybrid bypass for DC fault protection of modular multilevel converters | |
| CN111224569B (zh) | 一种低全桥比例子模块混合型mmc及其直流故障处理策略 | |
| CN110829393A (zh) | 具备主动保护功能的限流混合式直流断路器及控制方法 | |
| CN110011283B (zh) | 基于改进型半桥子模块的直流配电系统故障隔离方法 | |
| CN204668938U (zh) | 混合直流故障处理装置、混合直流输电系统 | |
| CN109980613B (zh) | 基于改进型半桥子模块的直流配电系统故障恢复方法 | |
| CN111769530A (zh) | 大规模风电接入的柔性直流输电故障电流协同抑制方法 | |
| Norrga et al. | Converter topologies for HVDC grids | |
| Yang et al. | Novel modular multilevel converter against DC faults for HVDC applications | |
| Wang et al. | A novel converter station structure for improving multiterminal HVDC system resiliency against AC and DC faults | |
| CN111682788A (zh) | 具有故障阻断能力的电流主动转移型mmc电力电子变压器 | |
| CN110768233A (zh) | 适用于直流电网且具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器及其控制方法 | |
| Xu et al. | Protection coordination of meshed MMC-MTDC transmission systems under DC faults | |
| Yang et al. | Reverse blocking sub-module based modular multilevel converter with DC fault ride-through capability | |
| CN109217239B (zh) | 一种具备选断功能的直流断路器 | |
| CN113783448A (zh) | 模块化多电平换流器mmc的改进拓扑结构及换流站 | |
| Wei et al. | A novel hybrid DC circuit breaker for nodes in multi-terminal DC system | |
| CN210669520U (zh) | 具备主动保护功能的限流混合式直流断路器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240204 Address after: Guangdong Power Grid Production Dispatch Base, No. 63 Pazhou Avenue, Haizhu District, Guangzhou City, Guangdong Province, 510220 (Building 1, 3001) Patentee after: Guangdong Power Grid Energy Investment Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC Co.,Ltd. Address before: 510760 No. 51 Punan Road, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province, 1 building, 2 building, 3 building, 4 building and 5 building. Patentee before: GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China Patentee before: GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |