[发明专利]一种模块化多电平换流器及直流故障清除方法

说明书

本发明涉及一种模块化多电平换流器及直流故障清除方法，在传统半桥型MMC换流器的基础上，增加一组上下桥臂，并辅以适当的控制，即可实现对直流故障的清除。在直流侧正常工作状态下，上桥臂的前M子模块处于切除状态，后M个处于投入状态，直流侧发生短路故障时，封锁ARM‑PLUS上桥臂前M个子模块和下桥臂后M个子模块的触发脉冲，使其工作在闭锁状态。若直流侧残压较高，控制ARM‑PLUS工作在反向Boost状态。在直流输出侧增加隔离开关，可清除永久性故障。短路故障排除后，短路电流达到零值时，等待数ms，待短路电弧完全熄灭，恢复ARM‑PLUS至正常工作状态。本发明所提出的ARM‑PLUS拓扑，原理清晰，实现方法简单，可显著提高直流故障处理与运行恢复速度。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种模块化多电平换流器及直流故障清除方法。

背景技术

随着大容量远距离输电、大规模可再生能源并网、孤岛供电等电力传输需求的提出，基于半桥型模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电技术，以谐波畸变小、拓展性好等优点，成为了国内外研究的焦点。与两端系统相比，多端直流柔性输电(multi-terminal HVDC,MTDC)系统可实现多电源供电和多落点受电，具有较好的灵活性、经济性和稳定性，应用前景广阔。

高压直流输电技术发展所带来的直流网络化，导致直流短路故障可能造成网络化直流系统的崩溃且恢复周期长的问题。在直流短路故障情况下，控制系统可快速响应以闭锁换流站，但交流电网仍会通过传统半桥型MMC换流器的反并联二极管为短路点提供短路电流，只能通过跳开交流侧断路器清除短路故障，无论是在动作时间还是保证系统供电可靠性方面都无法满足要求，且换流站的闭锁及交流侧断路器的跳开，加大了故障处理与恢复运行的周期。

直流断路器可在短时间内清除直流故障，不失为一种有效的解决方案，但国内外大容量直流断路器的研发尚处于起步阶段，目前可商业应用的直流断路器容量有限、价格昂贵且可靠性差，故障发生后的协调控制也较为困难。

剖析导致直流短路故障危害严重的原因，其关键点为用于直流电网的AC/DC换流器为电压源型换流器(VSC)，直流侧短路相当于对电压源的短路。而换流器本身没有任何控制手段，导致了短路故障对直流系统造成巨大的冲击。因此，对传统VSC的进行拓扑改进和控制，使其具备直流故障清除能力是一种值得关注的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种半桥型模块化多电平换流器及直流故障清除方法实现对短路电流的控制，并提高故障处理与运行恢复速度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种模块化多电平换流器，所述换流器包括：

三相半桥型模块化多电平换流器MMC、相单元、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电感、第四电感、第一隔离开关以及第二隔离开关；所述MMC包括6个第一桥臂，每个所述第一桥臂包括N个子模块，N≥2；所述相单元包含上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括N个子模块，N≥2；

所述相单元与所述MMC的输出端连接，所述第一电感L_1A的一端以及所述第二电感的一端均与所述相单元的输出端连接，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端以及所述第三电感的一端连接，所述第二电感的另一端与所述第二电容的一端以及所述第四电感的一端连接，所述第一电容的另一端和所述第二电容的另一端连接，所述第三电感的另一端与所述第一隔离开关连接，所述第四电感的另一端与所述第二隔离开关连接。

可选的，所述子模块包括：第一IGBT、第二IGBT、第一二极管、第二二极管以及第三电容；

所述第一IGBT的集电极与所述第一二极管的阴极和所述第三电容的一端连接，所述第一IGBT的发射极与所述第一二极管的阳极连接；