[发明专利]一种模块化多电平换流器子模块及其控制方法

说明书

本发明提供一种模块化多电平换流器子模块及其控制方法，所述子模块包括：上下管主电路，上下管主电路包括上管半导体器件Ssubgt;1/subgt;和下管半导体器件Ssubgt;2/subgt;supgt;*/supgt;；所述上管半导体器件Ssubgt;1/subgt;反并联第一开关器件Dsubgt;1/subgt;；上管半导体器件Ssubgt;1/subgt;的第二电极连接下管半导体器件Ssubgt;2/subgt;supgt;*/supgt;的第一电极；所述上管半导体器件Ssubgt;1/subgt;的第一电极连接直流电容Csubgt;DC/subgt;的一端；下管半导体器件Ssubgt;2/subgt;supgt;*/supgt;反并联第二开关器件Dsubgt;2/subgt;supgt;*/supgt;；下管半导体器件Ssubgt;2/subgt;supgt;*/supgt;的第二电极连接直流电容Csubgt;DC/subgt;的另一端；所述下管半导体器件Ssubgt;2/subgt;supgt;*/supgt;中设有中心可控击穿区域。本发明的模块化多电平换流器子模块完全省略传统MMC模块方案中的出口处的旁路晶闸管，从而降低子模块制造的体积和成本并简化系统的运行控制方案。

技术领域

本发明属于高压柔性直流输电领域，具体涉及一种模块化多电平换流器子模块及其控制方法。

背景技术

随着大规模可再生能源如海上风电的快速发展和接入，以及不同交流电网的异步并网需求，模块化多电平换流器(MMC)技术得到深入研究和应用。由于模块化多电平换流器单个子模块电压较低，因此在高压柔性直流输电系统中通常级联使用，而当子模块发生故障时，为了避免整个系统停机，通常会将故障子模块旁路，保证剩余模块单元可以正常运行。在运行过程中子模块最严重的故障之一为器件闭锁引起的子模块电容持续过压，在这种情况下如果子模块电容不能及时释放能量降低电压，将会发生十分危险的工况，因此在目前的子模块出口端通常会并联一个旁路晶闸管T(并联至子模块出口端的下管二极管)，它会在指定电压下击穿来对电容进行能量释放，同时利用失效短路的旁路晶闸管T以及后备的机械旁路开关K对子模块进行旁路。同时，当系统发生直流双极短路故障时，下管二极管将进入整流模式承受连续5个周波的高浪涌电流，传统二极管无法承受这一浪涌电流水平，因此出口的旁路晶闸管在直流双极短路故障发生时会被触发开通实现对二极管的分流保护，但是旁路晶闸管的引入不仅增加了子模块制造的体积和成本，以及对出口电压变化率较差的耐受性能还可能给系统运行控制的复杂度带来了新的挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种无旁路晶闸管的具有闭锁过压故障自击穿和直流双极短路故障穿越功能的MMC子模块及其控制方法。

本发明的一种模块化多电平换流器子模块，包括：

上下管主电路，所述上下管主电路包括上管半导体器件S₁和下管半导体器件S₂^*；

所述上管半导体器件S₁反并联第一开关器件D₁，所述上管半导体器件S₁的第一电极连接所述第一开关器件D₁的第二电极，所述上管半导体器件S₁的第二电极连接所述第一开关器件D₁的第一电极；

所述上管半导体器件S₁的第二电极连接所述下管半导体器件S₂^*的第一电极；

所述上管半导体器件S₁的第一电极连接直流电容C_DC的一端；