[发明专利]一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构

说明书

本发明涉及一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，属于高压直流输电技术领域。包括新型半桥混合子模块和全桥子模块，共N个子模块，子模块之间互相连接，其中，第1～K个子模块为新型半桥混合子模块，第K+1～N个子模块为全桥子模块，第K个新型半桥混合子模块与第K+1个全桥子模块相连，第K+1个全桥子模块的电压正极输入端口与第K个新型半桥混合子模块电压负极输出端口相连，第K+1个全桥子模块的电压负极输出端口与第K+2个全桥子模块的电压正极输入端口相连。本发明、与传统半桥子模块构成的桥臂相比，具备直流侧故障自清除能力；在满足故障电流自清除的情况下，与全桥和半桥子模块构成的桥臂相比，可以降低全桥子模块的数量。

技术领域

本发明涉及一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，属于高压直流输电技术领域。

背景技术

随着电力电子技术、风能、太阳能等可再生清洁能源的快速发展，以具备自关断能力的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为换流器件被广泛应用到柔性直流输电领域。采用基于模块化多电平换流器(MMC)的输电技术已成为大规模清洁能源接入电网的有效方案。MMC的桥臂结构是由多个结构相同的子模块按照一定的排列组合顺序级联在一起，目前比较常见的子模块有半桥子模块、全桥子模块、钳位双子模块等。MMC具有可灵活控制有功功率和无功功率，直流电压和电流，不存在换相失败，交流输出电压电流谐波小和波形质量高等优势，模块化结构易于封装和扩展，得到了各科研机构和工程技术领域的广泛关注。

由于柔性直流输电系统较交流系统有较低的阻尼特性，直流故障情况下，短路电流较大，严重威胁着子模块的安全运行，所以直流短路故障是现在亟待需要解决的技术难题。在实际工程中，考虑到经济特性，一些直流输电工程采用半桥子模块，直流侧发生短路故障时，故障电流主要包括两个部分：一部分是在故障发生时刻或故障后很短时间内电容放电产生，此部分故障电流可通过闭锁IGBT晶体管快速清除，另一部分是故障较长时间内交流系统通过半桥子模块反并联的二极管形成短路回路，此故障电流为不控整流，无法通过闭锁晶体管来清除，严重威胁着系统的安全稳定。同时直流电流本身不具有像交流系统具有自然过零点特性，直流侧电抗器内存储着巨大能量，增大了直流故障电流的开断难度，使得开断短路器工作条件恶劣。为解决这一问题，有关学者提出了具备直流故障电流自清除能力的全桥子模块，与半桥子模块相比增加了一半的开关器件，开关损耗也增加一倍，经济性能较差。在±800kV昆柳龙混合多端直流输电工程中，率先使用全桥和半桥子模块级联组成的桥臂拓扑，对故障电流的自清除能力具有较好的特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是是基于全桥和新型半桥混合子模块组成的桥臂拓扑结构下，交流侧通过半桥子模块反并联的续流二极管放电产生较大的故障电流，无法通过闭锁换流器来清除故障电流的问题。

本发明提供一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，对原先的半桥子模块间的连接方式进行改进，让其像全桥子模块一样对故障电流进行自清除。这样可以降低原先的桥臂拓扑中全桥子模块的使用数量。

本发明的技术方案是：一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，包括依次相连的新型半桥混合子模块和全桥子模块，共N个子模块。所述新型半桥混合子模块和全桥子模块均包括端口，所述端口分为电压正极输入端口和电压负极输出端口，可连接另一个新型半桥子模块或者全桥子模块。

所述新型半桥混合子模块的电压正极输入端连接上一个新型半桥混合子模块或全桥子模块的输出端，电压负极输出端连接下一个新型半桥混合子模块或全桥子模块的输入端；全桥子模块的的电压正极输入端连接上一个新型半桥混合子模块或全桥子模块的的输出端，电压负极输出端连接下一个新型半桥混合子模块或全桥子模块的输入端。

第1～K个子模块为新型半桥混合子模块级联，第K+1～N个子模块为全桥子模块级联，第K个新型半桥混合子模块的电压负极输出端连接第K+1个全桥子模块的电压正极输入端。第1个新型半桥混合子模块的电压正极输入端连接直流母线的正极，第N个全桥子模块的输出端通过桥臂电感L₀与交流系统连接。