[发明专利]一种子模块拓扑以及一种MMC换流器

说明书

本发明涉及一种子模块拓扑以及一种MMC换流器，该MMC换流器中至少有一个子模块由6个开关模块和4个电容构成，首先，该子模块拓扑能够实现以闭锁方式进行直流故障穿越和以非闭锁方式进行直流故障穿越两种方式，因此，该子模块在直流故障发生时，故障穿越可靠性较高，可根据实际控制需要选择相应的直流故障穿越方式。而且，在同样电压等级下，即同样的电平数下，与全桥子模块相比，需要的开关器件的个数更少，能够有效降低直流输电工程的成本，并且，电压等级越高，输出电平数越高时，节约的开关器件的个数就越多。

技术领域

本发明涉及一种子模块拓扑以及一种MMC换流器。

背景技术

随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的柔性直流输电技术日益受到重视。模块化多电平换流器(Modular multilevelconverter，MMC)是柔性直流输电系统应用中电压源换流器的一种，它由多个子模块按照一定的方式连接而成，通过控制各个子模块IGBT组的投入和切除状态使换流器输出的交流电压逼近正弦波，实现能量的高效传输。

传统的模块化多电平换流器中，通常采用半桥式子模块作为基础单元，以降低换流器建设成本。传统的半桥式子模块MMC在直流短路故障发生时无法通过自身特性迅速抑制故障电流，必须依靠交流断路器或直流断路器才能清楚故障电流。一方面由于交流断路器的响应时间较长，有可能导致保护不及时而造成换流器过流损坏；另一方面配置直流断路器提高了对设备的技术要求，增加了系统成本。

为了解决这一问题，有学者提出采用全桥子模块、箝位双子模块等具备直流故障穿越能力的新型子模块拓扑替代半桥子模块。通过故障后迅速闭锁换流器，利用全桥子模块等拓扑中二极管的反向阻断能力迅速抑制故障电流，实现直流故障的自清除。但采用闭锁换流器的方式穿越，会造成交流侧脱网，交流断路器跳闸，不利于故障后输电能力的恢复。而且，虽然在采用全桥子模块时，还可以利用全桥子模块生成负电平的能力，在维持交流侧并网的情况下将直流电压降低至0，从而抑制故障电流，实现在不闭锁状态下的直流故障穿越；但是，在某直流电压等级下，比如MMC的电平数为N+1，那么就需要N个全桥子模块，由于每个全桥子模块中有四个开关器件，那么共需开关器件个数为4N个。由于开关器件在柔性直流输电工程成本中本身就占有较大比重，因此如果利用全桥子模块实现不闭锁直流故障穿越，需要投入的成本较高，并不适合实际工程应用。因此，非常有必要提出一种新型MMC子模块拓扑，使MMC兼具闭锁与不闭锁直流故障穿越功能，且具有一定的成本优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种子模块拓扑，用以解决全桥子模块虽然能够实现不闭锁直流故障穿越，但是投入成本较高的问题。本发明同时提供一种MMC换流器。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种子模块拓扑，包括第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元均由一条开关支路和一条电容支路并联构成，所述开关支路上串设有两个开关模块，所述电容支路上串设有两个电容；第一单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点与第二单元中的开关支路与电容支路的其中一个连接点之间连接有开关模块T5，第一单元中的两个电容的连接点与第二单元中的两个电容的连接点之间连接有开关模块T6，第一单元中的两个开关模块的连接点与第二单元中的两个开关模块的连接点为所述子模块拓扑的输入输出端。