[发明专利]一种带耗能电阻的自阻型子模块及其应用

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种自阻型子模块拓扑以及具有该自阻型子模块拓扑的混合型换流器。

背景技术

自阻型子模块(Self-blockingSub-module)是一种新型的模块化多电平换流器子模块拓扑，由其构成的模块化多电平换流器(MMC)具备阻断直流故障电流功能，适用于架空线直流输电场合。

目前公认的模块化多电平换流器子模块共有半桥型子模块，全桥型子模块和箝位双型子模块三种。由半桥型子模块构成的MMC不具备阻断直流故障电流的能力，发生直流故障时需要开断交流断路器或者依赖直流断路器切断直流故障通路，这种方式降低了供电可靠性或者增加了系统成本；由全桥型子模块(或全桥与半桥组合)构成的MMC具备阻断直流故障电流的能力，但损耗及成本高；由自阻型子模块和半桥子模块混合构成的MMC(SB-MMC)只需要增加25％的全控型器件就具备阻断直流故障电流的能力。

中国专利文献201410233072.0中公开了一种自阻型子模块及其应用，相比于全桥型子模块与箝位双子模块型，这种自阻型子模块减少了子模块数量与开关损耗，更利于工程设计与实现。然而，在阻断直流故障期间，自阻型子模块的直流电容被负投入并持续被故障电流充电。例如，图1所示为现有技术中公知的一种自阻型子模块拓扑，发生直流故障时，其通过闭锁全控型器件T1、T2和T3的触发脉冲，可以阻断直流故障电流，但在故障电流降为零之前，故障电流流经D4、C、D2，并给直流电容C充电，造成直流电容电压升高。图2所示为现有技术中已公知的另一种自阻型子模块拓扑，发生直流故障时，通过闭锁T1、T2和T3的触发脉冲，可以阻断直流故障电流。但在故障电流降为零前，故障电流流经D1、C、D4，并持续给直流电容C充电，造成直流电容电压升高。

在自阻型子模块用于中频MMC(例如200Hz-500Hz的MMC)，由于中频MMC子模块电容及桥臂电感较小，直流电容电压充电会导致直流电容电压上升较快，在电压上升到较高值时会使得子模块的全控型器件承受过高电压，可能损毁全控型器件，从而威胁系统的安全运行，为此需要采用一定措施抑制直流电容电压上升。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种带耗能电阻的自阻型子模块拓扑，相比于自阻型子模块，其可以更快速地阻断直流故障电流的上升，有效抑制子模块直流电容电压在阻断直流故障期间的升高，保证系统运行安全。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种带耗能电阻的自阻型子模块拓扑结构，该子模块拓扑结构包括：

相互串联的两开关模块，该开关模块由一个全控型器件和一个二极管反并联而成，且两开关模块中的第一开关模块的负端与第二开关模块的正端连接；

直流电容，其正极和负极分别与第一开关模块的正端和第二开关模块的负端相连接；

与所述第一开关模块或第二开关模块电气连接的第三开关模块；以及

二极管，其与所述第三开关模块和直流电容电气连接；

其特征在于，还包括与所述二极管串联联接构成串联组件的耗能电阻。

作为本发明的改进，所述第三开关模块负端与第二开关模块的负端相连接，第三开关模块正端作为所述子模块的输出负端，第一开关模块和第二开关模块的连接点作为子模块的输出正端。

作为本发明的改进，所述串联组件的阳极与第三开关模块的正端相连，阴极与直流电容的正极相连。

作为本发明的改进，所述第三开关模块正端与第一开关模块正端连接，第三开关模块负端作为所述子模块的输出正端，第一开关模块和第二开关模块的连接点作为所述子模块的输出负端。

作为本发明的改进，所述串联组件的阳极与直流电容的负极相连，阴极与第三开关模块的负端相连。

按照本发明的另一方面，提供一种模块化多电平换流器，其包括一个或多个相单元，其中，每个相单元包括串联连接的上桥臂和下桥臂，以及分别与该上桥臂和下桥臂对应串联的桥臂电感，所述上桥臂正端和下桥臂的负端分别与直流母线的正极和负极相连接，每个相单元的上桥臂负端和下桥臂正端的连接点处作为三相输出端子引出点，所述上桥臂或下桥臂由多个上述子模块拓扑依次串联而成，或者由一个或多个上述子模块拓扑与一个或多个半桥型子模块拓扑混合串联而成。

作为本发明的改进，所述上桥臂或下桥臂中的上述子模块拓扑个数与半桥型子模块拓扑相同。