完全斷開則狀態(tài)切換過程結(jié)束。
[0022] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：
[0023] (1)基于本發(fā)明的子模塊拓?fù)渚哂兄绷鞫搪饭收献灾鞣雷o(hù)的能力，且故障響應(yīng)速 度快，故障恢復(fù)重啟簡單。
[0024] (2)基于本發(fā)明的MMC拓?fù)湎鄬鹘y(tǒng)同類拓?fù)鋼p耗大幅降低。
[0025] (3)基于本發(fā)明的MMC拓?fù)渚哂邢拗浦绷鞫搪冯娏骷耙种浦绷鱾?cè)震蕩的功能，可 以提高整個直流網(wǎng)絡(luò)的可靠性及穩(wěn)定性。
[0026] (4)基于本發(fā)明的MMC拓?fù)淇梢耘浜蟼鹘y(tǒng)直流斷路器使用，降低系統(tǒng)成本。
[0027] (5)本發(fā)明所用器件均采用常規(guī)器件，成本低、可靠性高且實現(xiàn)簡單。
【附圖說明】
[0028] 圖1為單端三相模塊化多電平換流器的拓?fù)涫疽鈭D。
[0029] 圖2為本發(fā)明混合開關(guān)結(jié)構(gòu)及其簡化示意圖。
[0030] 圖3(a)~（f)分別為六種含混合開關(guān)的MMC子模塊拓?fù)涫疽鈭D。
[0031] 圖4(a)為基于圖3(a)的子模塊拓?fù)涞腗MC變流器的輸出功率波形示意圖。
[0032] 圖4(b)為基于圖3(a)的子模塊拓?fù)涞腗MC變流器的輸出電流波形示意圖。
[0033] 圖4(c)為基于圖3(a)的子模塊拓?fù)涞腗MC變流器的子模塊電壓波形示意圖。
[0034] 圖5為混合功率開關(guān)由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)換至故障狀態(tài)其中各開關(guān)器件的開關(guān)時序示 意圖。
[0035] 圖6(a)為故障后混合功率開關(guān)中各開關(guān)器件的電壓波形示意圖。
[0036] 圖6(b)為故障后混合功率開關(guān)中各開關(guān)器件的電流波形示意圖。
[0037] 圖7(a)為基于圖3(a)的子模塊拓?fù)涞腗MC變流器故障后橋臂電流的波形示意 圖。
[0038] 圖7(b)為基于圖3(a)的子模塊拓?fù)涞腗MC變流器故障后直流側(cè)電流的波形示意 圖。
[0039] 圖7(c)為基于圖3(a)的子模塊拓?fù)涞腗MC變流器故障后A相上橋臂電容電壓的 波形示意圖。
[0040] 圖8為基于圖3 (a)的子模塊拓?fù)涞腗MC與基于全橋子模塊的MMC的損耗對比示 意圖。
【具體實施方式】
[0041] 為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案 進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0042] 如圖1所示，單端三相模塊化多電平換流器（MMC)的基本單元為子模塊 (Sub-Module，SM)，每相單個橋臂由含混合開關(guān)的子模塊級聯(lián)后與一個橋臂電感串聯(lián)構(gòu)成， 上下兩個橋臂串聯(lián)構(gòu)成一個相單元。三相MMC換流器含有三個相單元，直流側(cè)母線電壓為 Ud。，交流側(cè)三相相電壓分別為ua、ub和u。。0點為零電位參考點。
[0043] 本實施方式中，含混合型功率開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，混合型功率開關(guān)由帶有反 并二極管的開關(guān)管S4、快速隔尚開關(guān)&和雙向功率開關(guān)Q:組成；其中：雙向功率開關(guān)Q:與 快速隔離開關(guān)I串聯(lián)，雙向功率開關(guān)Qi的另一端與開關(guān)管S4的發(fā)射極相連，為混合功率開 關(guān)的陰極，快速隔離開關(guān)1的另一端與開關(guān)管S4的集電極相連，為混合功率開關(guān)的陽極，其 中帶有反并二極管的開關(guān)管S4至少采用一個IGBT或由多個IGBT的串并聯(lián)。
[0044] 雙向功率開關(guān)仏由兩個開關(guān)管M:~M2組成；其中，開關(guān)管M:的柵極為雙向功率 開關(guān)的一端，開關(guān)管I的源極與開關(guān)管M2的源極相連，開關(guān)管M2的柵極為雙向功率開關(guān)的 另一端，兩個開關(guān)管吣~M2均采用多個M0SFET并聯(lián)組成。
[0045] 本實施方式將對各含有混合型功率開關(guān)的子模塊拓?fù)涔ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行舉例。
[0046] 含混合開關(guān)的MMC子模塊拓?fù)淙鐖D3(a)所示，正常狀態(tài)下，開關(guān)管&及54-直關(guān) 斷，快速隔離開關(guān)I及雙向功率開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)管Si、&則根據(jù)子模塊應(yīng)該投入電路內(nèi)的電 平確定開關(guān)狀態(tài)；故障時子模塊有閉鎖和控制直流側(cè)電流兩種運行狀態(tài)，若采用閉鎖方式 則所有開關(guān)關(guān)斷；若采用控制直流電流的方法，則Qi、I關(guān)斷，其他開關(guān)根據(jù)子模塊所需輸 出的電平確定開關(guān)狀態(tài)，該子模塊的開關(guān)狀態(tài)表如表1所示：
[0047] 表 1
[0048]
[0050] 含混合開關(guān)的MMC子模塊的拓?fù)淙鐖D3 (b)所示，正常狀態(tài)下，開關(guān)管S4-直關(guān)斷， 快速隔離開關(guān)I及雙向功率開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)管S^ &則根據(jù)子模塊應(yīng)該投入電路內(nèi)的電平 確定開關(guān)狀態(tài)；故障時子模塊只有有閉鎖一種運行狀態(tài)，此情況下應(yīng)該將所有開關(guān)關(guān)斷，該 子模塊的開關(guān)狀態(tài)表如表2所示：
[0051] 表 2
[0052]
[0053] 含混合開關(guān)的MMC子模塊的拓?fù)淙鐖D3(c)所不，正常狀態(tài)下，開關(guān)管33及34-直 關(guān)斷，快速隔離開關(guān)I及雙向功率開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)管SS2、S5、S6則根據(jù)子模塊應(yīng)該投入電 路內(nèi)的電平確定開關(guān)狀態(tài)；故障時子模塊有控制直流側(cè)短路電流一種運行狀態(tài)，此情況下 應(yīng)該關(guān)斷Qi、I，其他開關(guān)管的動作根據(jù)子模塊所要投入電路的電平確定，該子模塊的開關(guān) 狀態(tài)表如表3所不：
[0054] 表 3
[0055]
[0056] 含混合開關(guān)的MMC子模塊的拓?fù)淙鐖D3(d)所示，正常狀態(tài)下，開關(guān)管&及54-直 關(guān)斷，快速隔離開關(guān)1及雙向功率開關(guān)1導(dǎo)通，開關(guān)管3 1、52、56、57則根據(jù)子模塊應(yīng)該投入 電路內(nèi)的電平確定開關(guān)狀態(tài)；故障時子模塊有控制直流側(cè)短路電流和閉鎖兩種運行狀態(tài)， 短路電流限制情況下應(yīng)該關(guān)斷仏上，其他開關(guān)管的動作根據(jù)子模塊所要投入電路的電平確 定，閉鎖則應(yīng)關(guān)閉所有開關(guān)管。該子模塊的開關(guān)狀態(tài)表如表4所示：
[0057] 表 4
[0058]
[0059] 含混合開關(guān)的MMC子模塊的拓?fù)淙鐖D3 (e)所示，正常狀態(tài)下，開關(guān)管S4-直關(guān)斷， 快速隔離開關(guān)I及雙向功率開關(guān)Qi導(dǎo)通，開關(guān)管SS2、S6、\則根據(jù)子模塊應(yīng)該投入電路 內(nèi)的電平確定開關(guān)狀態(tài)；故障時子模塊僅有閉鎖一種運行狀態(tài)，應(yīng)關(guān)閉所有開關(guān)管。該子模 塊的開關(guān)狀態(tài)表如表5所不：
[0060] 表 5
[0061]
[0062] 含混合開關(guān)的MMC子模塊的拓?fù)淙鐖D3(f)所示，正常狀態(tài)下，開關(guān)管33及34-直 關(guān)斷，快速隔離開關(guān)1及雙向功率開關(guān)1導(dǎo)通，開關(guān)管3 1、52、55、56則根據(jù)子模塊應(yīng)該投入 電路內(nèi)的電平確定開關(guān)狀態(tài)；故障時子模塊僅有閉鎖一種運行狀態(tài)，應(yīng)關(guān)閉所有開關(guān)管。該 子模塊的開關(guān)狀態(tài)表如表6所不：
[0063] 表 6
[0064]
[0065] 本實施方式中假定換流閥為基于圖3(a)的子模塊拓?fù)涞腗MC換流器，其中每相單 個橋臂中的子模塊個數(shù)為10個，子模塊電容電壓均為2kV。該MMC拓?fù)湔＿\行時的直流 母線電壓為20kV，傳輸有功功率20MW，傳輸無功功率為0，MMC變流器處于逆變狀態(tài)，向無窮 大電網(wǎng)輸送電能，該變流器的功率因數(shù)為1，其功率控制方法與傳統(tǒng)MMC的控制方法相同。 [0066] 正常運行狀態(tài)，MMC變流器的有功輸出從lpu跳變至0? 5pu的電流波形如圖4(a) 所示，結(jié)果表明基于具有直流故障處理能力的低損耗子模塊拓?fù)涞腗MC可以實現(xiàn)有功功率 的輸出控制；變流器的輸出電流波形如圖4(b)所示，變流器的電容電壓波形如圖4(c)所 示，結(jié)果表明傳統(tǒng)的電容電壓控制方法適用與該新型MMC拓?fù)洹?br>[0067] 假定基于圖3 (a)的子模塊拓?fù)涞腗MC的柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)生直流側(cè)短路故障， 故障前柔性直流輸電系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，MMC變流器工作于逆變狀態(tài)，向無窮大電網(wǎng)輸 送有功功率
[0068] 當(dāng)MMC變換器檢測到直流側(cè)發(fā)生短路故障時，子模塊內(nèi)的混合功率開關(guān)動作，首 先關(guān)斷雙向功率開關(guān)Qi，待短路電流完全換流至開關(guān)管34后，關(guān)斷快速隔尚開關(guān)Ki，待快速 隔離開關(guān)完全關(guān)斷后閉鎖所有開關(guān)管?；旌闲凸β书_關(guān)在此過程中的控制信號波形如圖 5所示，具含混合功率開關(guān)的子模塊內(nèi)各開關(guān)元件在切換過程中的電壓電流波形如圖6所 示，各個開關(guān)元件在切換過程中的電壓電流值均在其安全工作范圍內(nèi)，因此故障發(fā)生后子 模塊能夠轉(zhuǎn)換故障運行狀態(tài)。
[0069] 直流短路故障發(fā)生后，各橋臂短路電流的波形如圖7(a)所示，直流側(cè)的短路電流 波形如圖7 (b)，可見橋臂最大短路電流約為5kA，直流側(cè)的最大短路電流約為1. 2kA，故障 發(fā)生后3ms左右短路電流下降到0。故障發(fā)生后A相上橋臂的子模塊電容波形如圖7(c)所 示，短路過程中未發(fā)生子模塊電容電壓不均或整體過壓。因此基于本發(fā)明所提子模塊的MMC 拓?fù)鋵τ谥绷鱾?cè)短路故障具有處