一種帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶直流直流故障清除功能的模塊化多電平換流器，屬于電氣自動化設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平電壓源變流器在實(shí)現(xiàn)架空線直流輸電時，需解決直流側(cè)短路的保護(hù)問題。目前常用的方法有:1)模塊化多電平功率模塊(MMC功率模塊)橋臂下管反并聯(lián)可控硅，利用該可控硅來承受大的短路電流，并等待交流側(cè)開關(guān)跳閘；2)采用鉗位雙子模塊(CDSM)中的保護(hù)IGBT來實(shí)現(xiàn)直流短路電流的快速關(guān)斷。CDSM的缺點(diǎn)是:1)保護(hù)IGBT及相應(yīng)的鉗位二極管電壓電流容量與主功率器件相同，成本高；2)保護(hù)IGBT及其續(xù)流二極管輪換工作在導(dǎo)通狀態(tài)，由于其正向壓降大，導(dǎo)通損耗大。因此，需要一種成本較低且運(yùn)行損耗較小的帶直流故障清除的模塊化多電平換流器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器，以克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，使用保護(hù)IGBT結(jié)合成本較低的可控硅器件來實(shí)現(xiàn)直流短路電流的清除，降低變流器整體成本并降低運(yùn)行損耗。
[0004]本發(fā)明提出的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器，包括三臺上換流臂、三臺下?lián)Q流臂、第一組三臺濾波電抗器和第二組三臺濾波電抗器；所述的三臺上換流臂的三個正極端連接到一起后作為所述的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器的直流正極端，三臺上換流臂的三個負(fù)極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器的一端，第一組三臺濾波電抗器的另一端分別作為所述的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器的三相交流相線端；三臺下?lián)Q流臂的三個負(fù)極端連接到一起后作為所述的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器的直流負(fù)極端，三臺下?lián)Q流臂的三個正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器的一端，第二組三臺濾波電抗器的另一端分別連接到所述的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器的三相交流相線端。
[0005]上述的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器中，所述的上換流臂，包括多個A型功率模塊，多個A型功率模塊采用串聯(lián)連接形成一個正極端和一個負(fù)極端；所述的下?lián)Q流臂，包括多個B型功率模塊，多個B型功率模塊采用串聯(lián)連接形成一個正極端和一個負(fù)極端。
[0006]上述的上換流臂中，所述的A型功率模塊包括第一直流電容器C1、第二直流電容器C2、第一半導(dǎo)體開關(guān)S1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2、第三半導(dǎo)體開關(guān)S3、第四半導(dǎo)體開關(guān)S4、第五半導(dǎo)體開關(guān)S5、第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2、第三續(xù)流二極管D3、第四續(xù)流二極管D4、第五續(xù)流二極管D5、第一阻容吸收電路CS/RS、第一均壓電阻RJ、第一充電二極管D6、第二充電二極管D7、限流電阻RL ;所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)S1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2、第三半導(dǎo)體開關(guān)S3、第四半導(dǎo)體開關(guān)S4和第五半導(dǎo)體開關(guān)S5的集電極分別與所述的第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2、第三續(xù)流二極管D3、第四續(xù)流二極管D4和第五續(xù)流二極管D5的陰極相連接，第一半導(dǎo)體開關(guān)S1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2、第三半導(dǎo)體開關(guān)S3、第四半導(dǎo)體開關(guān)S4和第五半導(dǎo)體開關(guān)S5的發(fā)射極分別與所述的第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2、第三續(xù)流二極管D3、第四續(xù)流二極管D4和第五續(xù)流二極管D5的陽極相連接；所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)S1的發(fā)射極和第二半導(dǎo)體開關(guān)S2的集電極相連接作為A型功率模塊的正極端，所述的第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的發(fā)射極和所述的第四半導(dǎo)體開關(guān)S4的集電極相連接作為A型功率模塊的負(fù)極端；所述的第一直流電容器C1的正極端與所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)S1的集電極相連接，第一直流電容器C1的負(fù)極端與第二半導(dǎo)體開關(guān)S2的發(fā)射極以及第五半導(dǎo)體開關(guān)S5的發(fā)射極相連接；所述的第二直流電容器C2的正極端與第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的集電極以及第五半導(dǎo)體開關(guān)S5的集電極相連接，第二直流電容器C2的負(fù)極端與第四半導(dǎo)體開關(guān)S4的發(fā)射極相連接；所述的第一阻容吸收電路CS/RS和所述的第一均壓電阻RJ分別并聯(lián)于第五半導(dǎo)體開關(guān)S5的集電極和發(fā)射極；所述的第一充電二極管D6的陽極連接到第五半導(dǎo)體開關(guān)S5的集電極，第一充電二極管D6的陰極連接到第一半導(dǎo)體開關(guān)S1的集電極；所述的第二充電二極管D7的陰極連接到所述的第五半導(dǎo)體開關(guān)S5的發(fā)射極，第二充電二極管D7的陽極連接到限流電阻RL的一端，限流電阻RL的另一端連接到所述的第四半導(dǎo)體開關(guān)S4的發(fā)射極。
[0007]上述的下?lián)Q流臂中，所述的B型功率模塊包括第三直流電容器C3、第四直流電容器C4、第六半導(dǎo)體開關(guān)S6、第七半導(dǎo)體開關(guān)S7、第八半導(dǎo)體開關(guān)S8、第九半導(dǎo)體開關(guān)S9、第十半導(dǎo)體開關(guān)S10、保護(hù)可控硅S11、第六續(xù)續(xù)流二極管D8、第七續(xù)流二極管D9、第八續(xù)流二極管D10、第九續(xù)流二極管D11、第十續(xù)流二極管D12、第^^一續(xù)流二極管D13、第二阻容吸收電路CS1/RS1、第二均壓電阻RJ1、第三充電二極管D14和第四充電二極管D15 ;所述的第六半導(dǎo)體開關(guān)S6、第七半導(dǎo)體開關(guān)S7、第八半導(dǎo)體開關(guān)S8、第九半導(dǎo)體開關(guān)S9和第十半導(dǎo)體開關(guān)S10的集電極分別與所述的第六續(xù)流二極管D8、第七續(xù)流二極管D9、第八續(xù)流二極管D10、第九續(xù)流二極管D11和第十續(xù)流二極管D12的陰極相連接，第六半導(dǎo)體開關(guān)S6、第七半導(dǎo)體開關(guān)S7、第八半導(dǎo)體開關(guān)S8、第九半導(dǎo)體開關(guān)S9和第十半導(dǎo)體開關(guān)S10的發(fā)射極分別與第六續(xù)流二極管D8、第七續(xù)流二極管D9、第八續(xù)流二極管D10、第九續(xù)流二極管D11和第十續(xù)流二極管D12的陽極相連接；所述的保護(hù)可控硅S11的陽極與所述的第十一續(xù)流二極管D13的陰極相連接，保護(hù)可控硅S11的陰極與第十一續(xù)流二極管D13的陽極相連接；所述的第六半導(dǎo)體開關(guān)S6的發(fā)射極和第七半導(dǎo)體開關(guān)S7的集電極相連接作為B型功率模塊的正極端，所述的第八半導(dǎo)體開關(guān)S8的發(fā)射極與所述的第九半導(dǎo)體開關(guān)S9的集電極相連接作為B型功率模塊的負(fù)極端；所述的第三直流電容器C3的正極端與所述的第六半導(dǎo)體開關(guān)S6的集電極相連接，第三直流電容器C3的負(fù)極端與第七半導(dǎo)體開關(guān)S7的發(fā)射極、第十半導(dǎo)體開關(guān)S10的發(fā)射極及保護(hù)可控硅S11的陰極相連接；所述的第四直流電容器C4的正極端與第八半導(dǎo)體開關(guān)S8的集電極、第十半導(dǎo)體開關(guān)S10的集電極以及保護(hù)可控硅S11的陽極相連接，第四直流電容器C4的負(fù)極端與第九半導(dǎo)體開關(guān)S9的發(fā)射極相連接；所述的第二阻容吸收電路CS1/RS1和所述的第二均壓電阻RJ1分別并聯(lián)于第十半導(dǎo)體開關(guān)S10的集電極和發(fā)射極，所述的第三充電二極管D14的陽極連接到第十半導(dǎo)體開關(guān)S10的集電極，所述的第三充電二極管D14的陰極連接到第六半導(dǎo)體開關(guān)S6的集電極；所述的第四充電二極管D15的陰極連接到所述的第十半導(dǎo)體開關(guān)S10的發(fā)射極，所述的第四充電二極管D15的陽極連接到所述的第九半導(dǎo)體開關(guān)S9的發(fā)射極。
[0008]本發(fā)明提出的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器，其優(yōu)點(diǎn)是:使用保護(hù)IGBT結(jié)合成本較低的可控硅器件來實(shí)現(xiàn)直流短路電流的清除，降低變流器整體成本并降低運(yùn)行損耗。基于本發(fā)明的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器可以應(yīng)用于架空線柔性直流輸電(VSC-HVDC)等。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器的電路原理圖。
[0010]圖2為圖1所示的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器中上換流臂的電路原理圖。
[0011]圖3為圖1所示的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流器中下?lián)Q流臂的電路原理圖。
[0012]圖4為圖2所示的上換流臂中A型功率模塊的電路原理圖。
[0013]圖5為圖3所示的上換流臂中B型功率模塊的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明提出的帶直流故障清除功能的模塊化多電平換流