具有直流故障隔離能力的模塊化多電平換流器及其子模塊的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電力系統(tǒng)控制技術領域，特別是設及一種具有直流故障隔離能力的 MMC子模塊新型拓撲結構及其故障隔離策略。
【背景技術】
[0002] 柔性直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，故障過電流將會嚴重影響整個直流系統(tǒng)包括交流 偵U、直流側和換流器的安全可靠運行。因此，直流故障時，要求能夠快速切除故障線路，即必 須采取一定的故障隔離方法對直流故障線路進行隔離。
[0003] 直流故障隔離是柔性直流系統(tǒng)發(fā)展的關鍵技術。但是，無論是基于傳統(tǒng)兩電平電 壓源換流器的直流系統(tǒng)還是基于傳統(tǒng)的模塊化多電平換流器的直流系統(tǒng)在發(fā)生直流故障 時，故障電流都將快速上升到很大的過流水平，而且將長期存在。為了保證直流系統(tǒng)的安全 可靠運行，要求在故障發(fā)生的幾個毫秒內快速隔離故障直流線路。但是，由于直流系統(tǒng)故障 時的故障電流無自然過零點，因此直流斷路器難W在足夠短的時間內快速焰弧并成功切除 故障。盡管大容量的直流斷路器技術本身也在發(fā)展和實踐，但是利用換流器自身的拓撲和 控制的改進來實現(xiàn)故障隔離仍然是重要的工程需求。針對該一現(xiàn)狀，有必要對直流系統(tǒng)的 故障隔離技術進行深入的研究。
[0004] 目前，針對直流系統(tǒng)直流故障的隔離方法主要有=種；第一種方法是在直流故障 時通過跳開交流側斷路器實現(xiàn)對直流故障線路的隔離。該方法簡單、方便，但是卻存在動作 時間慢、停電面積大導致整個直流系統(tǒng)供電可靠性降低等缺點。第二種方法是利用直流斷 路器直接切除故障線路，但是目前仍缺乏具備工程應用能力的能夠快速動作（一般為幾個 毫秒）的大容量直流斷路器。因此，提出了通過對換流器的結構進行重新設計，利用換流器 的動作實現(xiàn)直流故障的清除與隔離。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術存在的直流系統(tǒng)故障隔離難的問題，本發(fā)明提出了一種具 有直流故障隔離能力的模塊化多電平換流器及其子模塊，通過對MMC子模塊的重新設計， 在直流故障時使子模塊內的電容電壓反極性接入到故障電流流通路徑，從而實現(xiàn)對故障電 流的清除W及快速有效的故障隔離。
[0006] 本發(fā)明提出了一種具有直流故障隔離能力的模塊化多電平換流器子模塊，所述子 模塊稱為串聯(lián)雙子模塊，由第一至第五IGBT(insulated-gate bipolartransistor，IGBT) 晶體管Ti~T 5、第一至第六二極管Di~D e，W及第一、第二電容Cl~C 2構成；其中；第一 IGBT晶體管Ti與第一二極管Di的反并聯(lián)結構與第二IGBT晶體管T2與第二二極管的反并 聯(lián)結構串聯(lián)，然后再與第一電容Cl并聯(lián)，構成第一并聯(lián)結構；第S IGBT晶體管T 3與第S二 極管的反并聯(lián)結構與第四IGBT晶體管T 4與第四二極管D 4的反并聯(lián)結構串聯(lián)，然后再與 第二電容C,并聯(lián)，構成第二并聯(lián)結構；所構成的第一并聯(lián)結構與第二并聯(lián)結構再W背靠背 的形式構成并聯(lián)，而且電容電壓呈反極性并聯(lián)；同時，所述背靠背并聯(lián)臂上分別設置第六二 極管化、W及第五IGBT晶體管Tg與第五二極管D 5的反并聯(lián)結構；其中第六二極管D e置于 Cl正極與C 2負極相連的臂上，且D e的陽極與C 1正極相連；第五IGBT晶體管T g與第五二極 管町的反并聯(lián)結構設置于C 1負極與C 2正極相連的臂上，且D g陽極與C 2正極相連。
[0007] 本發(fā)明還提出了一種具有直流故障隔離能力的模塊化多電平換流器，其特征在 于，所述模塊化多電平換流器由多個如權利要求1所述的串聯(lián)雙子模塊構成。具體形式為： 多個串聯(lián)雙子模塊串聯(lián)構成模塊化多電平換流器的一個橋臂；相同拓撲的六個橋臂構成一 個=相全橋結構，即為模塊化多電平換流器結構。
[000引與現(xiàn)有技術中傳統(tǒng)的基于交流斷路器的直流故障隔離方法相比，本發(fā)明隔離速度 大大提高；并且由于是通過換流器內部的動作，實現(xiàn)故障隔離，不再依賴于直流斷路器；與 常規(guī)MMC相比，在投資成本和功率損耗上并未增加太多，但是卻具有直流故障隔離能力；而 且，與目前已存在的基于換流器動作的故障隔離方法（主要是全橋子模塊（化11化idge Sub-Module, FBSM)，和錯位雙子模塊（Clamping Double Sub-Module, CDSM))，本發(fā)明具有 其明顯的優(yōu)勢：與全橋子模塊相比，本發(fā)明的串聯(lián)雙子模塊所需的可控開關IGBT數(shù)量大大 減少，從而使得投資成本和開關損耗大大降低；與錯位雙子模塊相比，本發(fā)明的串聯(lián)雙子模 塊的故障隔離速度和防止故障復燃的能力均大為提高。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明的串聯(lián)雙子模塊拓撲結構示意圖；
[0010] 圖2為串聯(lián)雙子模塊正常運行模式電流流通路徑圖；
[0011] 圖3為串聯(lián)雙子模塊閉鎖模式電流流通路徑圖；
[0012] 圖4為基于串聯(lián)雙子板塊的MMC (S-MMC)結構不意圖；
[0013] 圖5為故障隔罔流程圖。
【具體實施方式】
[0014] W下結合附圖及【具體實施方式】，進一步詳述本發(fā)明的技術方案。
[0015] 如圖1所示，為新型的MMC換流器子模塊的拓撲結構，本發(fā)明稱之為串聯(lián)雙子模塊 (series double sub-module, SDSM)，由第一至第五IGBT晶體管化~T日）、第一至第六二 極管化~De)，化及第一、第二電容咕~〇2)構成。其中，第一 IGBT晶體管Ti與第一二極 管Di的反并聯(lián)結構與第二IGBT晶體管T 2與第二二極管D 2的反并聯(lián)結構串聯(lián)，然后再與第 一電容Cl并聯(lián)，構成第一并聯(lián)；第S IGBT晶體管T 3與第S二極管D 3的反并聯(lián)結構與第四 IGBT晶體管T4與第四二極管D 4的反并聯(lián)結構串聯(lián)，然后再與第二電容C 2并聯(lián)，構成第二并 聯(lián)；所構成的第一并聯(lián)與第二并聯(lián)再W背靠背的形式構成并聯(lián)，而且電容電壓呈反極性并 聯(lián)。同時，所述背靠背并聯(lián)臂上分別設置第六二極管化、W及第五IGBT晶體管Tg與第五二 極管的反