[发明专利]一种建立模块化多电平换流器的混合结构模型的方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种建立模块化多电平换流器的混合结构模型的方法。 

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)已经成功地应用于大功率换流器中,主要是应用在高压直流(HVDC)输电领域。与传统两、三电平电压源换流器高压直流输电（Voltage Source Converter based HVDC，VSC-HVDC）相比而言，模块化多电平换流器高压直流输电（ModularMultilevel Converter based HVDC，MMC-HVDC）有诸多优点：交流侧和直流侧能够进行完全控制，直流母线无需安装电容器，电力电子设备在故障后具有冗余运行能力，无需安装交流滤波器等等。由于MMC的独特优点，MMC-HVDC已成为未来HVDC领域的发展趋势。2010年，第一个商业化的MMC-HVDC工程“Trans Bay Cable Project(TBC)”在美国投运，其最高运行的直流电压为±200kV、输送容量最大400MW。此外，世界各地有超过4个MMC-HVDC工程将在2013年投运。国内已建成投运的上海南汇柔性直流工程，以及即将启动建设的舟山多端柔性直流工程和大连柔性直流工程均以半桥型MMC（Half-Bridge MMC,HBMMC）为换流器拓扑，目前来说，几乎所有的MMC-HVDC工程都是采用半桥子模块（Half-Bridge Sub-Module，HBSM）拓扑结构。 

当柔性直流输电系统发生双极直流短路故障时，HBMMC-HVDC以及两、三电平VSC-HVDC中绝缘栅双极晶体管(Insul ated Gate Bipolar Transistor,IGBT)反并联二极管的续流作用，使得交流系统在短路点发生三相短路，且无法依靠换流器自身切断短路电流，严重危害系统的安全运行。同时，由于高电压大容量直流断路器的制造工艺尚不成熟，现有多端柔性直流工程必须要求直流电缆具有极高的可靠性，即要求极低的直流故障发生概率，这在一定程度上限制了柔性直流向多端输电领域的发展和应用。 

为解决这一问题，HBMMC拓扑的创始人R.Marquardt教授又在其论文中介绍了具有穿越严重直流故障的全桥型MMC(Full-BridgeMMC,FBMMC)结构，每个全桥子模块（Full-Bridge Sub-module,FBSM）可以输出三种电平，其能够中断任何方向的桥臂电流，并能够改变MMC的直流母线电压极性，但是它需要双倍数量的半导体器件。由于FBMMC所需要的半导体器件要比HBMMC多一倍，这又严重制约了FBMMC的工程应用，这也是目前的MMC-HVDC工程均采用半桥结构的原因 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是MMC能够用尽可能少的半导体器件实现较优的直流故障穿越能力，提出了一种改进的模块化多电平换流器的混合结构模型。 

一种建立模块化多电平换流器的混合结构模型的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤： 

步骤1：对半桥换流器HBMMC的每个桥臂上的子模块进行分组，分为等数量的上下两组，每组分配等数量的子模块，并将上组的子模块全改为全桥子模块FBSM/半桥子模块HBSM结构，下组的子模块全为半桥子模块HBSM/全桥子模块FBSM结构； 

步骤2：各桥臂的上下两组分别进行排序选通，并对采用全桥子 模块FBSM结构的组采取轮换导通控制方法进行导通； 

步骤3：在模块化多电平换流器MMC结构的每个桥臂电抗器上分别并联放电通路，该换流器MMC在闭锁时，使通路导通放电。 

所述放电通路包括双向导通的并联双向晶闸管和串联电阻。 

本发明的有益效果是，提出的模块化多电平换流器的混合结构模型，具有较强的直流故障穿越能力，同时不需要全桥型模块化多电平换流器FBMMC那么多的半导体器件，其在技术和成本上实现了较好的统一。 

附图说明

图1是本发明提供的通用的模块化多电平换流器MMC的拓扑结构图； 

图2是本发明提供的半桥结构MMC的子模块拓扑结构以及其故障闭锁时的电流通路；其中，(a)是半桥结构MMC的子模块拓扑结构；(b)是半桥结构MMC的子模块故障闭锁时的电流通路； 

图3是本发明提供的全桥结构MMC的子模块拓扑结构以及其故障闭锁时的电流通路；其中，(a)是全桥结构MMC的子模块拓扑结构；(b)是全桥结构MMC的子模块故障闭锁时的电流通路； 

图4是本发明提供的混合模块化多电平换流器MMC结构模型的说明图。 

具体实施方式