一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块制造技术

本实用新型专利技术提供一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。本实用新型专利技术MMC子模块由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、二极管、第一电容和第二电容构成；所述开关管为IGBT。本实用新型专利技术MMC子模块的工作过程等效为两个半桥模块，损耗较低，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力，且构成的器件数目较少。与现有的半桥子模块相比较，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力；与现有的全桥子模块相比较，开关数目有所减少；与现有的双钳位子模块相比较，减少了一个二极管，且工作过程中导通的开关管数目少，损耗较低。

【技术实现步骤摘要】
一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块
本技术涉及组合模块多电平变换器领域，具体涉及一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。
技术介绍
随着高压直流输电的不断发展，多电平变换器得到了巨大的发展。其中，模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。 目前，MMC子模块主要有半桥子模块、全桥子模块和钳位双子模块。半桥子模块如图1所示，由两个开关管和一个电容构成，结构简单，但无法自清除直流输电系统直流侧的故障。全桥子模块如图2所示，由四个开关管和一个电容构成，当MMC直流侧发生短路故障时闭锁所有开关管，使全桥子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障，但开关管数目太多，成本高。钳位双子模块如图3所示，由五个开关管、两个二极管和两个电容构成，工作过程等效为两个半桥子模块，当MMC直流侧发生短路故障时闭锁所有开关管，使钳位双子模块输出正电平或负电平，从而自清除直流侧故障。钳位双子模块与全桥子模块相比较开关数目有所减少，但器件数目依然很多。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种模具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块。 本技术采用的技术方案是: 一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，由第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、二极管、第一电容和第二电容构成；所述开关管为IGBT ；MMC子模块的端口电压为ySM，MMC子模块的输入电流为iSM ;第一电容的电压为，第二电容的电压为Ua,且HUc, Uc为给定值。 第一开关管的发射极与第二开关管的集电极、二极管的阴极连接，第一开关管的集电极与第一电容的正极连接，第二开关管的发射极与第五开关管的发射极连接，第五开关管的集电极与第一电容的负极、第二电容的正极、第四开关管的集电极连接，第四开关管的发射极与第三开关管的集电极连接，第三开关管的发射极与二极管的阳极、第二电容的负极连接；第一开关管的发射极与第三开关管的集电极作为MMC子模块的输出端。 与现有技术相比，本技术具有的优势为:工作过程等效为两个半桥模块，损耗较低，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力，且构成的器件数目较少。与现有的半桥子模块相比较，具有直流输电系统直流侧故障自清除的能力；与现有的全桥子模块相比较，开关数目有所减少；与现有的双钳位子模块相比较，减少了一个二极管，且工作过程中导通的开关管数目少，损耗较低。 【附图说明】 图1是已有的半桥子模块的电路结构图； 图2是已有的全桥子模块的电路结构图； 图3是已有的双钳位子模块的电路结构图； 图4是本技术的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块的电路结构图； 图5a、5b、5c、5d分别是图4所示电路正常工作的四种模态； 图6a、6b分别是图4所示电路闭锁情况的两种模态。 【具体实施方式】 为进一步阐述本技术的内容和特点，以下结合附图对本技术的具体实施方案进行具体说明，但本技术的实施不限于此。以下若有未特别详细说明的控制过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。 参考图4，本技术的一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块由第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、二极管D、第一电容C1和第二电容C2构成；所述开关管为IGBT ；MMC子模块的端口电压为《SM，MMC子模块的输入电流为iSM ;第一电容C1的电压为&，第二电容C2的电压为UC2, Uci等于Uci且为设定值Uc。 第一开关管T1的发射极与第二开关管T2的集电极、二极管D的阴极连接，第一开关管T1的集电极与第一电容C1的正极连接，第二开关管T2的发射极与第五开关管T5的发射极连接，第五开关管T5的集电极与第一电容C1的负极、第二电容C2的正极、第四开关管T4的集电极连接，第四开关管T4的发射极与第三开关管T3的集电极连接，第三开关管T3的发射极与二极管D的阳极、第二电容C2的负极连接；第一开关管T1的发射极与第三开关管T3的集电极作为MMC子模块的输出端。 本技术所提供的MMC子模块正常工作具有4个模态，在MMC正常运行时控制第五开关管T5 —直开通: 模态1:如图5a所示，控制第二开关管T2和第四开关管T4开通，第一开关管T1和第三开关管T3关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压《SM=0。当MMC子模块输入电流iSM>0时，电流的路径如虚线5al所示，电流iSM通过第二开关管T2、第四开关管T4和第五开关管T5的反并联二极管，第一电容C1和第二电容C2既不充电也不放电；当MMC子模块输入电流is?<0时，电流iSM通过第二开关管T2的反并联二极管、第四开关管T4和第五开关管T5,电流的路径如虚线5a2所示，第一电容C1和第二电容C2既不充电也不放电。 模态2:如图5b所示，控制第一开关管T1和第四开关管T4开通，第二开关管T2和第三开关管T3关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压内M=& (.Uc=Uci= uC2)a当MMC子模块输入电流iSM>0时，电流的路径如虚线5b2所示，电流iSM通过第一开关管T1的反并联二极管和第四开关管T4给第一电容C1充电，第二电容C2既不充电也不放电；当MMC子模块输入电流iSM〈0时，电流的路径如虚线5bl所示，第一电容C1通过第一开关管T1和第四开关管T4的反并联二极管放电，第二电容C2既不充电也不放电。 [0021 ] 模态3:如图5c所示，控制第二开关管T2和第三开关管T3开通，第一开关管T1和第四开关管T4关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压Usti=Uco当MMC子模块输入电流iSM>0时，电流的路径如虚线5cl所示，第一电容C1既不充电也不放电，电流iSM通过第二开关管T2、第三开关管T3的反并联二极管和第五开关管T5的反并联二极管给第二电容C2充电；当MMC子模块输入电流iSM〈0时，电流的路径如虚线5c2所示，第一电容C1既不充电也不放电，第二电容C2通过第二开关管T2的反并联二极管、第三开关管T3和第五开关管T5放电。 模态4:如图5d所示，控制第一开关管T1和第三开关管T3开通，第二开关管T2和第四开关管T4关断，二极管D截止，MMC子模块输出电压uS}i=2uc。当MMC子模块输入电流is?>0时，电流的路径如虚线5dl所示，电流iSM通过第一开关管T1的反并联二极管和第三开关管T3的反并联二极管给第一电容C1和第二电容C2充电；当MMC子模块输入电流iSM〈0时，电流的路径如虚线5d2所示，第一电容C1和第二电容C2通过第一开关管T1和第三开关管T3放电。 当直流输电系统直流侧发生短路故障时，闭锁所有的开关管，即在MMC直流侧发生短路故障时控制所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，其特征在于包括第一开关管（T1）、第二开关管（T2）、第三开关管（T3）、第四开关管（T4）、第五开关管（T5）、二极管（D）、第一电容（C1）和第二电容（C2）；第一电容（C1）的电压为UC1，第二电容（C2）的电压为UC2；第一开关管（T1）的发射极与第二开关管（T2）的集电极、二极管（D）的阴极连接，第一开关管（T1）的集电极与第一电容（C1）的正极连接，第二开关管（T2）的发射极与第五开关管（T5）的发射极连接，第五开关管（T5）的集电极与第一电容（C1）的负极、第二电容（C2）的正极、第四开关管（T4）的集电极连接，第四开关管（T4）的发射极与第三开关管（T3）的集电极连接，第三开关管（T3）的发射极与二极管（D）的阳极、第二电容（C2）的负极连接；第一开关管（T1）的发射极与第三开关管（T3）的集电极作为MMC子模块的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种具有直流短路故障自清除能力的MMC子模块，其特征在于包括第一开关管(!\)、第二开关管(T2)、第三开关管(T3)、第四开关管(T4)、第五开关管(T5)、二极管(D)、第一电容(C1)和第二电容(C2);第一电容(C1)的电压为&，第二电容(C2)的电压为Uci ;第一开关管(T1)的发射极与第二开关管(T2)的集电极、二极管(D)的阴极连接，第一开关管(T1)的集电极与第一电容(C1)的正极连接，第二开关管(T2)的发射极与第五开...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，付坚，丘东元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44