本發(fā)明涉及柔性直流輸配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

柔性直流輸電技術(shù)是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要組成部分。與傳統(tǒng)輸電方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造、交流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)等方面具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，是改變大電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略選擇。

模塊化多電平換流器(MMC,Modular Multilevel Converter)因具備開關(guān)頻率低、損耗小等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于柔性直流輸電系統(tǒng)，是目前比較主流的柔性直流輸電換流器結(jié)構(gòu)之一。

MMC一般由多個結(jié)構(gòu)相同的子模塊(SM,Sub-module)級聯(lián)構(gòu)成。目前，用于構(gòu)成MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的子模塊主要有H-MMC(半橋子模塊)、F-MMC(全橋子模塊)和C-MMC(箝位雙子模塊)三種。其中，半橋子模塊因具有結(jié)構(gòu)簡單、功率器件少、控制算法易于實現(xiàn)、損耗小和系統(tǒng)效率高等優(yōu)勢而在換流器中得到廣泛應(yīng)用。但是，半橋子模塊級聯(lián)形成的MMC無法有效閉鎖直流故障，因此，一旦發(fā)生直流故障，勢必會燒毀其中的IGBT和二極管等電子器件，從而造成極大的損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述缺陷，提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠在發(fā)生直流故障時有效地減小故障電流，避免燒毀其中的電子器件。

解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括三個相單元，每個相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個相單元的上橋臂和下橋臂均包括串聯(lián)的電抗器和多個子模塊，所述多個子模塊中的部分子模塊為第一子模塊，其余子模塊為第二子模塊，且每個第一子模塊均包括引導(dǎo)晶體管和抵消電容，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括控制單元，其用于判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)直流故障，以及在判斷系統(tǒng)出現(xiàn)直流故障時控制每個第一子模塊中的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，以使故障電流流經(jīng)每個第一子模塊的抵消電容后流入故障點，從而抑制故障電流。

優(yōu)選地，所述第一子模塊還包括第一半橋電路和第二半橋電路，且第一半橋電路和第二半橋電路中均含有抵消電容，第一半橋電路、第二半橋電路和引導(dǎo)晶體管彼此連接。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一半橋電路包括晶體管VT11及與其反向并聯(lián)的二極管VD11、晶體管VT12及與其反向并聯(lián)的二極管VD12，以及作為抵消電容的電容C11，晶體管VT11和晶體管VT12串聯(lián)，電容C11與二者并聯(lián)；

所述第二半橋電路包括晶體管VT13及與其反向并聯(lián)的二極管VD13、晶體管VT14及與其反向并聯(lián)的二極管VD14，以及作為抵消電容的電容C12，晶體管VT13和晶體管VT14串聯(lián)，電容C12與二者并聯(lián)；

每個第一子模塊還包括連接在第一半橋電路的電容C11的正極和第二半橋電路的電容C12的負(fù)極之間的二極管VD16；

所述控制單元具體用于在判斷出現(xiàn)直流故障時控制每個第一子模塊的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，以使故障電流依次流經(jīng)每個第一子模塊的二極管VD13、電容C12、二極管VD16、電容C11和二極管VD12后，流入故障點。

優(yōu)選地，所述控制單元還用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時控制每個第一子模塊的引導(dǎo)晶體管始終導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述控制單元還用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，通過控制每個第一子模塊的晶體管VT11導(dǎo)通或晶體管VT12 導(dǎo)通而使電容C11被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除；以及通過控制每個第一子模塊的晶體管VT13導(dǎo)通或晶體管VT14導(dǎo)通而使電容C12被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除。

優(yōu)選地，所述控制單元具體用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，通過控制每個第一子模塊的晶體管VT11導(dǎo)通、晶體管VT12關(guān)斷而使電容C11被接入系統(tǒng)，通過控制每個第一子模塊的晶體管VT11關(guān)斷、晶體管VT12導(dǎo)通而使電容C11被從系統(tǒng)中切除；以及通過控制每個第一子模塊的晶體管VT14導(dǎo)通、晶體管VT13關(guān)斷而使電容C12被接入系統(tǒng)，通過控制每個第一子模塊的晶體管VT14關(guān)斷、晶體管VT13導(dǎo)通而使電容C12被從系統(tǒng)中切除。

優(yōu)選地，每個第一子模塊還包括與所述引導(dǎo)晶體管反向并聯(lián)的二極管VD15。

優(yōu)選地，每個子模塊中采用的開關(guān)器件包括絕緣柵雙極型晶體管。

優(yōu)選地，每個相單元的上橋臂或下橋臂的第一子模塊的數(shù)量需滿足的條件是，該數(shù)量的第一子模塊能夠阻斷的直流故障電流的強(qiáng)度不低于待阻斷的直流故障電流的強(qiáng)度。

有益效果：

本發(fā)明所述柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用新型子模塊，在判斷系統(tǒng)出現(xiàn)直流故障時控制每個第一子模塊的引導(dǎo)晶體管關(guān)斷，從而切斷故障通路，以使得故障電流流經(jīng)每個第一子模塊的抵消電容后流入故障點，此時抵消電容能夠為系統(tǒng)回路提供反向電壓，用以抵消交流電壓到故障點之間的電壓差，而電壓差減小，自然就抑制了回路中的故障電流，實現(xiàn)直流故障電流的隔離，從而能有效閉鎖直流故障。因此，本發(fā)明所述柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠在發(fā)生直流故障時，自動抑制故障電流，從而保護(hù)了其中的電子器件。

附圖說明

圖1為發(fā)明實施例提供的柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的第一子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的第二子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖4為本發(fā)明實施例提供的故障電流流向示意圖。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體涉及一種三相MMC(Modular Multilevel Converter，模塊化多電平換流器)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其包括三個相單元，分別為A相單元、B相單元和C相單元，每個相單元均包括上橋臂和下橋臂，每個相單元的上橋臂和下橋臂的結(jié)構(gòu)相同，均包括依次串聯(lián)的電抗器L、m個第一子模塊和n個第二子模塊。每個相單元的子模塊的總數(shù)2(m+n)是由系統(tǒng)設(shè)計之初通過直流母線電壓、電子器件耐壓等級以及子模塊的類型等因素共同決定的。

具體地，對于A相單元的上橋臂，輸出端Ag依次連接電抗器L_A上、m個第一子模塊、n個第二子模塊后接入直流母線電壓的正極Vdc+，其中，第二子模塊1的輸出端A2與直流母線電壓的正極Vdc+連接、輸出端B2與相鄰的第二子模塊2的輸出端A2連接，第二子模塊n的輸出端A2與相鄰的第二子模塊(n-1)的輸出端B2連接、第二子模塊n的輸出端B2與第一子模塊1的輸出端A1連接，第一子模塊1的輸出端B1與相鄰的第一子模塊2的輸出端A1連接，第一子模塊m的輸出端A1與相鄰的第一子模塊(m-1)的輸出端B1連接，第一子模塊m的輸出端B1與電抗器L_A上的一端連接，電抗器L_A上的另一端與輸出端Ag連接，A相單元的上橋臂的其他第一/第二子模塊的輸出端A1/A2均與其相鄰的上一個第一/第二子模塊的輸出端B1/B2連接、A相單元的上橋臂的其他第一/第二子模塊的輸出端B1/B2均與其相鄰的下一個第一/ 第二子模塊的輸出端A1/A2連接，某一個第一/第二子模塊相鄰的上一個第一/第二子模塊指的是與該第一/第二子模塊相鄰且在電路連接關(guān)系上比該第一/第二子模塊更接近直流母線電壓的正極Vdc+的子模塊，例如第一/第二子模塊2是與第一/第二子模塊3相鄰的上一個子模塊；某一個第一/第二子模塊相鄰的下一個第一/第二子模塊指的是與該第一/第二子模塊相鄰且在電路連接關(guān)系上比該第一/第二子模塊更接近輸出端子Ag的子模塊，例如第一/第二子模塊3是與第一/第二子模塊2相鄰的下一個子模塊。電流路徑為：輸出端Ag→電抗器L_A上→第一子模塊m的輸出端B1→第一子模塊m的輸出端A1→···→第一子模塊1的輸出端B1→第一子模塊1的輸出端A1→第二子模塊n的輸出端B2→第二子模塊n的輸出端A2→···→第二子模塊1的輸出端B2→第二子模塊1的輸出端A2→直流母線電壓的正極Vdc+。B相單元和C相單元的上橋臂的結(jié)構(gòu)均與A相單元的上橋臂的結(jié)構(gòu)相同，不再贅述。

對于A相單元的下橋臂，輸出端Ag依次連接電抗器L_A下、m個第一子模塊、n個第二子模塊后接入直流母線電壓的負(fù)極Vdc-，其中，第二子模塊1的輸出端A2與直流母線電壓的負(fù)極Vdc-連接、輸出端B2與相鄰的第二子模塊2的輸出端A2連接，第二子模塊n的輸出端A2與相鄰的第二子模塊(n-1)的輸出端B2連接、第二子模塊n的輸出端B2與第一子模塊1的輸出端A1連接，第一子模塊1的輸出端B1與相鄰的第一子模塊2的輸出端A1連接，第一子模塊m的輸出端A1與相鄰的第一子模塊(m-1)的輸出端B1連接，第一子模塊m的輸出端B1與電抗器L_A下的一端連接，電抗器L_A下的另一端與輸出端Ag連接，A相單元的下橋臂的其他第一/第二子模塊的輸出端A1/A2均與其相鄰的上一個第一/第二子模塊的輸出端B1/B2連接、A相單元的下橋臂的其他第一/第二子模塊的輸出端B1/B2均與其相鄰的下一個第一/第二子模塊的輸出端A1/A2連接，某一個第一/第二子模塊相鄰的上一個第一/第二子模塊指的是與該第一/第二子模塊相鄰且在電路連接關(guān)系上比該第一/第二子模塊更接近直流母線電壓的負(fù)極Vdc-的子模塊，例如第 一/第二子模塊2是與第一/第二子模塊3相鄰的上一個子模塊；某一個第一/第二子模塊相鄰的下一個第一/第二子模塊指的是與該第一/第二子模塊相鄰且在電路連接關(guān)系上比該第一/第二子模塊更接近輸出端子Ag的子模塊，例如第一/第二子模塊3是與第一/第二子模塊2相鄰的下一個子模塊。電流路徑為：輸出端Ag→電抗器L_A下→第一子模塊m的輸出端B1→第一子模塊m的輸出端A1→···→第一子模塊1的輸出端B1→第一子模塊1的輸出端A1→第二子模塊n的輸出端B2→第二子模塊n的輸出端A2→···→第二子模塊1的輸出端B2→第二子模塊1的輸出端A2→直流母線電壓的負(fù)極Vdc-。B相單元和C相單元的下橋臂的結(jié)構(gòu)均與A相單元的下橋臂的結(jié)構(gòu)相同，不再贅述。

當(dāng)然，在實際應(yīng)用中，m個第一子模塊和n個第二子模塊的連接關(guān)系不限于上述描述。例如，輸出端Ag不必依次連接電抗器L_A上、m個第一子模塊、n個第二子模塊后接入直流母線電壓的正極Vdc+，也可以使輸出端Ag依次連接電抗器L_A上、n個第二子模塊、m個第一子模塊后接入直流母線電壓的正極Vdc+，或者m個第一子模塊(或n個第二子模塊)也不必依次連接，比如第一子模塊和第二子模塊可以互相間隔。

每個子模塊中采用的開關(guān)器件包括絕緣柵雙極型晶體管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)和二極管。當(dāng)然，IGBT也可采用其他類型的能夠起到開關(guān)作用的晶體管替代。本實施例中，以采用的晶體管為IGBT為例進(jìn)行描述。

本實施例中，每個第一子模塊的結(jié)構(gòu)均相同，每個第二子模塊的結(jié)構(gòu)也相同。每個第一子模塊均包括引導(dǎo)IGBT和抵消電容，而每個第二子模塊可采用現(xiàn)有常用的應(yīng)用于MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的子模塊，如半橋子模塊、全橋子模塊或箝位雙子模塊等，故第二子模塊的具體組成和器件連接關(guān)系不再贅述。所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括控制單元，其用于判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)直流故障，以及在判斷系統(tǒng)出現(xiàn)直流故障時控制每個第一子模塊中的引導(dǎo)IGBT關(guān)斷，以使故障電流流經(jīng)每個第一子模塊的抵消電容后流入故障點，通過抵消 電容提供的反向電壓來抵消交流電壓到故障點之間的電壓差，從而有效抑制直流故障電流，可見，第一子模塊具備直流阻斷能力。

其中，第一子模塊還包括第一半橋電路和第二半橋電路，且第一半橋電路和第二半橋電路中均含有抵消電容，第一半橋電路、第二半橋電路和引導(dǎo)IGBT彼此連接。而第一子模塊中的第一半橋電路和第二半橋電路可采用現(xiàn)有的半橋電路，故具體組成和器件連接關(guān)系不再贅述。

具體地，第一子模塊的第一半橋電路包括IGBT VT11及與其反向并聯(lián)的二極管VD11、IGBT VT12及與其反向并聯(lián)的二極管VD12，以及作為抵消電容的電容C11，IGBT VT11和IGBT VT12串聯(lián)，電容C11與二者并聯(lián)；第一子模塊的第二半橋電路包括IGBT VT13及與其反向并聯(lián)的二極管VD13、IGBT VT14及與其反向并聯(lián)的二極管VD14，以及作為抵消電容的電容C12，IGBT VT13和IGBT VT14串聯(lián)，電容C12與二者并聯(lián)；每個第一子模塊還包括連接在第一半橋電路的電容C11的正極和第二半橋電路的電容C12的負(fù)極之間的二極管VD16；所述控制單元具體用于在判斷出現(xiàn)直流故障時控制每個第一子模塊的引導(dǎo)IGBT、IGBT VT11、IGBT VT12、IGBT VT13和IGBT VT14均關(guān)斷，以使故障電流依次流經(jīng)每個第一子模塊的二極管VD13、電容C12、二極管VD16、電容C11和二極管VD12后，流入故障點；以及，在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，控制每個第一子模塊的引導(dǎo)IGBT始終導(dǎo)通，而第一子模塊的其余IGBT則按照工作需要導(dǎo)通或關(guān)斷。每個第一子模塊還包括與所述引導(dǎo)IGBT反向并聯(lián)的二極管VD15。

因此，系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)時，每個第一子模塊的引導(dǎo)IGBT被解鎖而始終處于導(dǎo)通狀態(tài)；系統(tǒng)在出現(xiàn)直流故障時，每個第一子模塊的引導(dǎo)IGBT被閉鎖而處于關(guān)斷狀態(tài)，由其中的二極管VD16提供電流通路。

下面結(jié)合圖2詳細(xì)描述每個第一子模塊的具體結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，每個第一子模塊均包括5個IGBT、6個二極管和2個電容，每個IGBT均反向并聯(lián)一個二極管。其中，IGBT VT11、 二極管VD11、IGBT VT12、二極管VD12和電容C11構(gòu)成第一子模塊的第一半橋電路，IGBT VT13、二極管VD13、IGBT VT14、二極管VD14和電容C12構(gòu)成第一子模塊的第二半橋電路，IGBT VT15作為引導(dǎo)IGBT，二極管VD16的負(fù)極與第一半橋電路的電容C11的正極相連、二極管VD16的正極與第二半橋電路的電容C12的負(fù)極相連，即二極管VD6連接在兩個半橋電路之間。

具體地，IGBT VT11的集電極分別與二極管VD11的負(fù)極、電容C11的正極連接，IGBT VT11的發(fā)射極分別與二極管VD11的正極、IGBT VT12的集電極連接，IGBT VT12的集電極還與二極管VD12的負(fù)極連接，IGBT VT12的發(fā)射極分別與二極管VD12的正極、電容C11的負(fù)極連接，輸出端A1與IGBT VT11的發(fā)射極和IGBT VT12的集電極的連接點相連；IGBT VT13的集電極分別與二極管VD13的負(fù)極、電容C12的正極連接，IGBT VT13的發(fā)射極分別與二極管VD13的正極、IGBT VT14的集電極連接，IGBT VT14的集電極還與二極管VD14的負(fù)極連接，IGBT VT14的發(fā)射極分別與二極管VD14的正極、電容C12的負(fù)極連接，輸出端B1與IGBT VT13的發(fā)射極和IGBT VT14的集電極的連接點相連；IGBT VT15的發(fā)射極分別與IGBT VT12的發(fā)射極、二極管VD15的正極連接，IGBT VT15的集電極分別與IGBT VT13的集電極、二極管VD15的負(fù)極連接；二極管VD16的負(fù)極與電容C11的正極相連，二極管VD6的正極與電容C12的負(fù)極相連；IGBT VT11至IGBT VT15的柵極均與控制單元相連，以接收控制單元發(fā)出的驅(qū)動信號，并在驅(qū)動信號的驅(qū)動下導(dǎo)通或關(guān)斷。

本實施例中，控制單元還用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，通過控制每個第一子模塊的晶體管VT11導(dǎo)通或晶體管VT12導(dǎo)通而使電容C11被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除；以及通過控制每個第一子模塊的晶體管VT13導(dǎo)通或晶體管VT14導(dǎo)通而使電容C12被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除。通過將電容C11投入或切除系統(tǒng)，以及將電容C12投入或切除系統(tǒng)，可以調(diào)整閥側(cè)交流輸出端Ag、Bg和Cg處的電壓，從而通過電壓的調(diào)整達(dá)到輸出相應(yīng)功率 的目的。

可見，每個第一子模塊在控制單元的控制下按照工作要求輸出或不輸出電容電壓，或者輸出不同等級的電容電壓，從而通過對各個第一子模塊的控制使各個相單元輸出近似正弦的電壓。

進(jìn)一步地，控制單元具體用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，通過控制每個第一子模塊的晶體管VT11導(dǎo)通、晶體管VT12關(guān)斷而使電容C11被接入系統(tǒng)，通過控制每個第一子模塊的晶體管VT11關(guān)斷、晶體管VT12導(dǎo)通而使電容C11被從系統(tǒng)中切除；以及通過控制每個第一子模塊的晶體管VT14導(dǎo)通、晶體管VT13關(guān)斷而使電容C12被接入系統(tǒng)，通過控制每個第一子模塊的晶體管VT14關(guān)斷、晶體管VT13導(dǎo)通而使電容C12被從系統(tǒng)中切除。

下面結(jié)合圖2詳細(xì)描述電容C11和電容C12被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除的具體情況。

11)若電流從輸出端A1流向輸出端B1，

當(dāng)控制單元控制IGBT VT11和IGBT VT13導(dǎo)通，IGBT VT12和IGBT VT14關(guān)斷時，

則每個第一子模塊中電流路徑為：輸出端A1→二極管VD11→電容C11→二極管VD15→IGBT VT13→輸出端B1；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT11和IGBT VT14導(dǎo)通，IGBT VT12和IGBT VT13關(guān)斷時，

則每個第一子模塊中電流路徑為：輸出端A1→二極管VD11→電容C11→二極管VD15→電容C12→二極管VD14→輸出端B1；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT12和IGBT VT13導(dǎo)通，IGBT VT11和IGBT VT14關(guān)斷時，

則每個第一子模塊中電流路徑為：輸出端A1→IGBT VT12→二極管VD15→IGBT VT13→輸出端B1；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT12和IGBT VT14導(dǎo)通，IGBT VT11和IGBT VT13關(guān)斷時，

則每個第一子模塊中電流路徑為：輸出端A1→IGBT VT12→二極管VD15→電容C12→二極管VD14→輸出端B1。

12)若電流從輸出端B1流向輸出端A1，

當(dāng)控制單元控制IGBT VT11和IGBT VT13導(dǎo)通，IGBT VT12和IGBT VT14關(guān)斷時，

則每個第一子模塊中電流路徑為：輸出端B1→二極管VD13→IGBT VT15→電容C11→IGBT VT11→輸出端A1；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT11和IGBT VT14導(dǎo)通，IGBT VT12和IGBT VT13關(guān)斷時，

則每個第一子模塊中電流路徑為：輸出端B1→IGBT VT14→電容C12→IGBT VT15→電容C11→IGBT VT11→輸出端A1；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT12和IGBT VT13導(dǎo)通，IGBT VT11和IGBT VT14關(guān)斷時，

則每個第一子模塊中電流路徑為：輸出端B1→二極管VD13→IGBT VT15→二極管VD12→輸出端A1；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT12和IGBT VT14導(dǎo)通，IGBT VT11和IGBT VT13關(guān)斷時，

則每個第一子模塊中電流路徑為：輸出端B1→IGBT VT14→電容C12→IGBT VT15→二極管VD12→輸出端A1。

本實施例中，第二子模塊也包括第一半橋電路和第二半橋電路，且第一半橋電路與第二半橋電路相連。第二子模塊的第一半橋電路和第二半橋電路也可采用現(xiàn)有的半橋電路，故具體組成和器件連接關(guān)系不再贅述。

具體地，第二子模塊的第一半橋電路包括IGBT VT21及與其反向并聯(lián)的二極管VD21、IGBT VT22及與其反向并聯(lián)的二極管VD22，以及電容C21，IGBT VT21和IGBT VT22串聯(lián)，電容C21與二者并聯(lián)；第二子模塊的第二半橋電路包括IGBT VT23及與其反向并聯(lián)的二極管VD23、IGBT VT24及與其反向并聯(lián)的二極管VD24，以及電容C22，IGBT VT23和IGBT VT24串聯(lián)，電容C22與二者并聯(lián)；電容C21和電容C22串聯(lián)；所述控制單元具體用于在判斷出現(xiàn)直流故障時控制每個第二子模塊的IGBT VT21、IGBT VT22、IGBT VT23和IGBT VT24均關(guān)斷，則故障電流依次流經(jīng) 每個第二子模塊的二極管VD23和二極管VD22后流入故障點，可見第二子模塊不具備能夠抵消直流故障時產(chǎn)生的電壓差的抵消電容，因而不具備直流阻斷能力；以及，控制單元在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，控制每個第二子模塊的各IGBT按照工作需要導(dǎo)通或關(guān)斷。

下面結(jié)合圖3詳細(xì)描述每個第二子模塊的具體結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，每個第二子模塊均包括4個IGBT、4個二極管和2個電容，每個IGBT均反向并聯(lián)一個二極管。其中，IGBT VT21、二極管VD21、IGBT VT22、二極管VD22和電容C21構(gòu)成第二子模塊的第一半橋電路，IGBT VT23、二極管VD23、IGBT VT24、二極管VD24和電容C22構(gòu)成第二子模塊的第二半橋電路。

具體地，IGBT VT21的集電極分別與二極管VD21的負(fù)極、電容C21的正極連接，IGBT VT21的發(fā)射極分別與二極管VD21的正極、IGBT VT22的集電極連接，IGBT VT22的集電極還與二極管VD22的負(fù)極連接，IGBT VT22的發(fā)射極分別與二極管VD22的正極、電容C21的負(fù)極連接，輸出端A與IGBT VT21的發(fā)射極和IGBT VT22的集電極的連接點相連；IGBT VT23的集電極分別與二極管VD23的負(fù)極、電容C22的正極連接，IGBT VT23的發(fā)射極分別與二極管VD23的正極、IGBT VT24的集電極連接，IGBT VT24的集電極還與二極管VD24的負(fù)極連接，IGBT VT24的發(fā)射極分別與二極管VD24的正極、電容C22的負(fù)極連接，輸出端B與IGBT VT23的發(fā)射極和IGBT VT24的集電極的連接點相連；電容C21的負(fù)極與電容C22的正極連接；IGBT VT21至IGBT VT24的柵極均與控制單元相連，以接收控制單元發(fā)出的驅(qū)動信號，并在驅(qū)動信號的驅(qū)動下導(dǎo)通或關(guān)斷。

本實施例中，控制單元還用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，通過控制每個第二子模塊的晶體管VT21導(dǎo)通或晶體管VT22導(dǎo)通而使電容C21被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除；以及通過控制每個第二子模塊的晶體管VT23導(dǎo)通或晶體管VT24導(dǎo)通而使電容C22被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除。通過將電容C21投入或切除系 統(tǒng)，以及將電容C22投入或切除系統(tǒng)，可以調(diào)整閥側(cè)交流輸出端Ag、Bg和Cg處的電壓，從而通過電壓的調(diào)整達(dá)到輸出相應(yīng)功率的目的。

可見，每個第二子模塊在控制單元的控制下按照工作要求輸出或不輸出電容電壓，或者輸出不同等級的電容電壓，從而通過對各個第二子模塊的控制使各個相單元輸出近似正弦的電壓。

進(jìn)一步地，控制單元具體用于在判斷系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，通過控制每個第二子模塊的晶體管VT21導(dǎo)通、晶體管VT22關(guān)斷而使電容C21被接入系統(tǒng)，通過控制每個第二子模塊的晶體管VT21關(guān)斷、晶體管VT22導(dǎo)通而使電容C21被從系統(tǒng)中切除；以及通過控制每個第二子模塊的晶體管VT24導(dǎo)通、晶體管VT23關(guān)斷而使電容C22被接入系統(tǒng)，通過控制每個第二子模塊的晶體管VT24關(guān)斷、晶體管VT23導(dǎo)通而使電容C22被從系統(tǒng)中切除。

下面結(jié)合圖3詳細(xì)描述電容C21和電容C22被接入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除的具體情況。

21)若電流從輸出端A2流向輸出端B2，

當(dāng)控制單元控制IGBT VT21和IGBT VT23導(dǎo)通，IGBT VT22和IGBT VT24關(guān)斷時，

則每個第二子模塊中電流路徑為：輸出端A2→二極管VD21→電容C21→IGBT VT23→輸出端B2；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT21和IGBT VT24導(dǎo)通，IGBT VT22和IGBT VT23關(guān)斷時，

則每個第二子模塊中電流路徑為：輸出端A2→二極管VD21→電容C21→電容C22→二極管VD24→輸出端B2；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT22和IGBT VT23導(dǎo)通，IGBT VT21和IGBT VT24關(guān)斷時，

則每個第二子模塊中電流路徑為：輸出端A2→IGBT VT22→IGBT VT23→輸出端B2；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT22和IGBT VT24導(dǎo)通，IGBT VT21和IGBT VT23關(guān)斷時，

則每個第二子模塊中電流路徑為：輸出端A2→IGBT VT22→電容C22→二極管VD24→輸出端B2。

22)若電流從輸出端B2流向輸出端A2，

當(dāng)控制單元控制IGBT VT21和IGBT VT23導(dǎo)通，IGBT VT22和IGBT VT24關(guān)斷時，

則每個第二子模塊中電流路徑為：輸出端B2→二極管VD23→電容C21→IGBT VT21→輸出端A2；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT21和IGBT VT24導(dǎo)通，IGBT VT22和IGBT VT23關(guān)斷時，

則每個第二子模塊中電流路徑為：輸出端B2→IGBT VT24→電容C22→電容C21→IGBT VT21→輸出端A2；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT22和IGBT VT23導(dǎo)通，IGBT VT21和IGBT VT24關(guān)斷時，

則每個第二子模塊中電流路徑為：輸出端B2→二極管VD23→二極管VD22→輸出端A2；

當(dāng)控制單元控制IGBT VT22和IGBT VT24導(dǎo)通，IGBT VT21和IGBT VT23關(guān)斷時，

則每個第二子模塊中電流路徑為：輸出端B2→IGBT VT24→電容C22→二極管VD22→輸出端A2。

本發(fā)明實施例在判斷系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，閉鎖每個第一子模塊的引導(dǎo)IGBT，使故障電流流經(jīng)每個第一子模塊的二極管VD13、電容C12、二極管VD16、電容C11和二極管VD12后流入故障點，而電容C11和電容C12能夠提供反向電壓，從而有效地減小了直流故障電流，閉鎖直流故障。下面結(jié)合圖4，以A相單元上橋臂為例詳細(xì)描述故障電流的流向。A相單元的下橋臂、B相單元的上橋臂與下橋臂、C相單元的上橋臂與下橋臂均與A相單元上橋臂的情形相同或相類似，此處不再贅述。

當(dāng)控制單元檢測出系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，為了抵消故障電流，如圖4所示，控制單元一旦檢測到系統(tǒng)發(fā)生直流故障，則向每個第一子模塊的所有IGBT發(fā)送驅(qū)動信號以閉鎖所有的IGBT，則故 障電流在每個第一子模塊的路徑為：輸出端B1→二極管VD13→電容C12→二極管VD16→電容C11→二極管VD12→輸出端A1→故障點E，可見，該路徑中故障電流會流經(jīng)電容C11和電容C12，而電容C11和電容C12會為電流回路提供一個反向電壓，用以抵消交流電壓到故障點之間的電壓差。電壓差減小，故障電流自然得到抑制。

需要說明的是，各個相單元的上橋臂的故障點位于直流母線電壓的正極Vdc+，各個相單元的下橋臂的故障點位于直流母線電壓的負(fù)極Vdc-。

此外，前已述及，第一子模塊具備直流阻斷能力，而第二子模塊不具備直流阻斷能力，但是第二子模塊比第一子模塊的電子器件少，即，缺少一個IGBT和兩個二極管，故第二子模塊的功耗及成本比第一子模塊低，在每個相單元的上橋臂或下橋臂的子模塊總數(shù)(m+n)一定的前提下，合理設(shè)計第一子模塊的數(shù)量m和第二子模塊的數(shù)量n既能夠阻斷直流故障電流又能降低成本、節(jié)約功耗。

優(yōu)選地，每個相單元的上橋臂或下橋臂的第一子模塊的數(shù)量m需滿足的條件是，m個第一子模塊能夠阻斷的直流故障電流的強(qiáng)度不低于待阻斷的直流故障電流的強(qiáng)度。

具體地，每個相單元的上橋臂或下橋臂的第一子模塊的數(shù)量m需滿足的條件為：

單極接地故障時滿足：

m*(Uc11+Uc12)≥Uphp (1)

兩極短路故障時滿足： (2)

2*m*(Uc11+Uc12)≥Ullp

式(1)和式(2)中，Uc11和Uc12分別是第一子模塊中電容C11和電容C12的電壓，Uphp是交流相電壓的峰值，Ullp是交流線電壓的峰值。較優(yōu)地，m取式(1)和式(2)中較大的值。

當(dāng)每個相單元的上橋臂或下橋臂的第一子模塊的數(shù)量m滿足上述條件時，m的數(shù)值越大，直流阻斷效果越好，但成本和功耗 越高；m的數(shù)值越小，成本和功耗越低，但直流阻斷效果越差。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際情況選擇m的取值，而由于(m+n)為定值，故在m的值確定以后，n的值也就確定了。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。