[发明专利]一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块

说明书

技术领域

本发明涉及组合模块多电平变换器领域，具体涉及一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。

背景技术

随着高压直流输电的不断发展，多电平变换器得到了巨大的发展。其中，模块组合多电平变换器（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。

目前，MMC子模块主要有半桥子模块、全桥子模块和钳位双子模块。半桥子模块如图1所示，由两个开关管和一个电容构成，结构简单，但无法自清除直流输电系统直流侧的故障。全桥子模块如图2所示，由四个开关管和一个电容构成，当MMC直流侧发生短路故障时闭锁所有开关管，使全桥子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障，但开关管数目太多，成本高。钳位双子模块如图3所示，由五个开关管、两个二极管和两个电容构成，工作过程等效为两个半桥子模块，当MMC直流侧发生短路故障时闭锁所有开关管，使钳位双子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障。钳位双子模块与全桥子模块相比较开关数目有所减少，但器件数目依然很多。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种模具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。

本发明采用的技术方案是：

一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、二极管、第一电容和第二电容构成；所述开关管为IGBT；MMC子模块的端口电压为u_SM，MMC子模块的输入电流为i_SM；第一电容的电压为U_C1，第二电容的电压为U_C2，且U_C1=U_C2=U_C，U_C为给定值。

第一开关管的发射极与第二开关管的集电极、二极管的阴极连接，第一开关管的集电极与第一电容的正极连接，第二开关管的发射极与第五开关管的发射极连接，第五开关管的集电极与第一电容的负极、第二电容的正极、第四开关管的集电极连接，第四开关管的发射极与第三开关管的集电极连接，第三开关管的发射极与二极管的阳极、第二电容的负极连接；第一开关管的发射极与第三开关管的集电极作为MMC子模块的输出端。

与现有技术相比，本发明具有的优势为：工作过程等效为两个半桥模块，损耗较低，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力，且构成的器件数目较少。与现有的半桥子模块相比较，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力；与现有的全桥子模块相比较，开关数目有所减少；与现有的双钳位子模块相比较，减少了一个二极管，且工作过程中导通的开关管数目少，损耗较低。

附图说明

图1是已有的半桥子模块的电路结构图；

图2是已有的全桥子模块的电路结构图；

图3是已有的双钳位子模块的电路结构图；

图4是本发明的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块的电路结构图；

图5a、5b、5c、5d分别是图4所示电路正常工作的四种模态；

图6a、6b分别是图4所示电路闭锁情况的两种模态。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明，但本发明的实施不限于此。以下若有未特别详细说明的控制过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。