[发明专利]一种低损耗模块化多电平直流直流变换器及其子模块

说明书

本发明提供一种低损耗模块化多电平直流直流变换器及其子模块，所述子模块拓扑由两个半桥结构、四个电容和两个续流二极管组成，所述半桥结构中，第一个半桥包括第一开关模块和第二开关模块，第二个半桥包括第三开关模块和第四开关模块；所述第一开关模块的负极与所述第二开关模块的正极相连，所述第二开关模块的负极与所述第三开关模块的正极相连，所述第三开关模块的负极与所述第四开关模块的正极相连。所述变换器包括三个相单元，每一个相单元分三个桥臂，其中，低压侧桥臂由若干个串联的所述低损耗模块化多电平直流直流变换器子模块组成。本发明通过控制开关模块的开断即可实现直流侧短路的故障阻断，同时不会增加损耗。

技术领域

本发明涉及电力系统输配电技术领域，具体地，涉及一种低损耗的模块化多电平直流直流变换器及其子模块拓扑。

背景技术

随着可再生能源发电量的提升，可再生能源并网成为了当下一个非常重要的研究方向。

柔性直流输电技术为解决可再生能源并网提供了一种解决思路，具有较强的技术优势。在获得直流电压后，通过直流直流变换器，可以完成电压等级的转化。模块化多电平直流直流变换器的每个子模块的结构相对简单，控制容易，且由于模块化易于拓展的特性使之特别适合与高压直流输电领域。模块化多电平直流直流变换器输入输出的电压等级可以通过调整桥臂中子模块的数目及控制进行调整。

传统的模块化多电平直流直流变换器采用半桥结构的子模块拓扑，而半桥子模块拓扑由于下管的反并联二极管不受控制脉冲控制，在高压直流侧发生短路故障时会形成低压侧到直流故障点的续流回路，从而将短路故障传递到低压侧，对低压侧电网稳定性造成影响。所以需要通过一定方式阻断故障电流。然而，直流断路器目前暂无成熟的技术，且造价过于昂贵。故需要一种子模块拓扑，对这种子模块进行控制即可阻断直流侧故障。

现有具有故障阻断能力的子模块拓扑普遍存在一个问题，即在直流直流变换器正常工作状态下每个具备故障阻断能力的子模块相对半桥会有一个额外开关器件位于正常的电流路径上，该器件处于常开状态。当出现故障时，该开关器件关断，从而使得电流从另一条路径流通，以实现故障电流阻断或限制的效果。该额外的开关器件将增加系统的导通损耗，从而造成资源的损失。

经检索，中国发明专利申请号：201910726553.8，该专利公开了一种具有故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器，所述柔性直流输电DC/DC变换器包括晶闸管串T11、晶闸管串T12、晶闸管串T21、晶闸管串T22、半桥子模块串、电感L，半桥子模块串包括半桥子模块SM1～半桥子模块SMN；晶闸管串T11和T21反向并联，分别与直流低压侧正极和半桥子模块SM1的输入级相连；晶闸管串T12和T22反向并联，分别与直流高压侧正极和半桥子模块SM1输入级相连；半桥子模块SMN的电流输出端与电感L的第一端相连；电感L的第二端同时与直流低压侧负极和直流高压侧负极相连。

但是上述专利存在以下不足：在正常运行状态下，对各个晶闸管的驱动信号必须保持同时性，而且必须得保证各个晶闸管运行时的均压，对于驱动电路和均压电路提出了较高的需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的提供一种具备故障阻断能力的低损耗的模块化多电平直流直流变换器，通过控制逆阻型绝缘栅双极晶体管的开断即可实现直流侧短路的故障阻断，同时不会增加损耗。

根据本发明的第一方面，提供一种低损耗模块化多电平直流直流变换器子模块，所述子模块拓扑由两个半桥结构、四个电容和两个续流二极管组成，其中：

所述半桥结构中，第一个半桥包括第一开关模块和第二开关模块，第二个半桥包括第三开关模块和第四开关模块；所述第一开关模块的负极与所述第二开关模块的正极相连，所述第二开关模块的负极与所述第三开关模块的正极相连，所述第三开关模块的负极与所述第四开关模块的正极相连；