具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构制造技术

本发明专利技术提供了一种具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构，其由三相六个桥臂组成，其中每个桥臂包含n个子模块和多个环流抑制电抗器，子模块由带阻尼电阻的箝位双子模块构成，箝位双子模块由两个半桥单元和串联阻尼电阻的两个箝位二极管支路，以及在系统稳态运行模式下常通的引导支路构成。本发明专利技术对电力电子器件的要求较低，具有良好的可扩展性，便于实现电网黑启动。

【技术实现步骤摘要】
具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构
本专利技术涉及电力电子直流输电
，具体地，涉及一种具有电网黑启动和直 流故障穿越能力的MMC拓扑结构。
技术介绍
模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC)具有有功功率和无 功功率独立控制、输出电压电平数多（谐波含量低）、输出电压波形好、开关频率低、高度模 块化、易于扩展、冗余控制等优点，是近年来国内外学术界与工业界研究的热点。MMC已经在 风电并网、远距离大功率送电等场合得到成功的应用，未来将在可再生能源并网、交流系统 异步互连、高压直流输电（High Voltage Direct Current, HVDC)、多端直流输电等领域得 到更为广泛的应用。 MMC-HVDC系统是近年来直流输电领域的研究热点，直流侧故障是MMC-HVDC工程 设计运行必须考虑的一种严重故障类型，对设备参数、控制策略和保护配置具有重要影响。 寻找具有直流故障穿越能力的新型换流器是目前学术界和工业界的研究热点。2010年 ALSTOM公司在国际大电网会议（CIGRE)上提出了结合传统两电平换流器和MMC结构特点的 多种形式混合式换流器，其中桥臂交替导通换流器和混合级联多电平换流器均具有直流故 障穿越能力，缺点是控制非常复杂。德国学者Rainer Marquardt分别在2010年和2011年 的两次国际电力电子会议上提出广义MMC的概念，根据子模块内部构造的不同分为半桥子 模块（HBSM)、全桥子模块（FBSM)和箝位双子模块（CDSM)，采用上述三种子模块的MMC相应 地被称为H-MMC、F-MMC和C-MMC，其中后两者具有直流闭锁能力。 启动控制是多端柔性直流输电系统中重要的附加控制。近年来，采用基于电压源 换流器的高压直流输电（VSC-HVDC)系统作为黑启动电源实现电网黑启动的研究受到广泛 关注。MMC-HVDC系统换流站启动的实质是MMC子模块内电容的预充电策略。MMC的电容分 散于各子模块中，与两电平变流器相比，其电容充电的动态过程更为复杂。对单个换流站启 动时，在电流不可控阶段，主要通过串接限流电阻来限制启动阶段的过电流，限流电阻的整 定和投切时间对系统的顺利启动有着关键性的影响。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种具有电网黑启动和直流故障穿 越能力的MMC拓扑结构，其对电力电子器件的要求较低，具有良好的可扩展性，便于实现电 网黑启动。 根据本专利技术的一个方面，提供一种具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓 扑结构，其特征在于，所述具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构由三相六 个桥臂组成，其中每个桥臂包含n个子模块和多个环流抑制电抗器，子模块由带阻尼电阻 的箝位双子模块构成，箝位双子模块由两个半桥单元和串联阻尼电阻的两个箝位二极管支 路，以及在系统稳态运行模式下常通的引导支路构成。 优选地，所述箝位二极管支路包括第五二极管和第六二极管，引导支路包括第 一三极管和续流二极管。 优选地，所述子模块正常运行时，第一三极管一直导通，正常模式有四种正常的工 作状态，输出电压有三种，分别为：〇、Uc、2Uc，其中Uc为子模块直流侧电容电压；闭锁模式 下，根据电流方向的不同，输出电压有两种：2Uc、-Uc。 优选地，所述子模块包括第二三极管、第一二极管、第三三极管、第二二极管、第 一电容、第四三极管、第三二极管、第五三极管、第四二极管、第二电容、第一电阻、第二电 阻，第一三极管的集电极与第一电阻连接，第一三极管的发射极与第二电阻连接，第二三极 管的发射极与第三三极管的集电极连接，第二三极管的发射极、集电极与第一二极管的两 端连接，第三三极管的发射极、集电极与第二二极管的两端连接，第二三极管的集电极、第 三三极管的发射极与第一电容的两端连接，第四三极管的集电极与第五三极管的发射极连 接，第四三极管的发射极、集电极与第三二极管的两端连接，第五三极管的发射极、集电极 与第四二极管的两端连接，第四三极管的发射极、第五三极管的集电极与第二电容连接，第 一三极管的集电极、发射极分别与续流二极管连接，第五二极管与第一电阻串联，第六二极 管与第二电阻串联。 优选地，所述第二三极管、第一二极管、第三三极管、第二二极管和第一电容构成 一个半桥单元，第四三极管、第三二极管、第五三极管、第四二极管和右边的第二电容构成 另一半桥单兀。 优选地，所述第一三极管采用绝缘栅双极型晶体管。 优选地，所述第一电阻、第二电阻都为阻尼电阻。 优选地，所述第五二极管、第六二极管都起箝位作用。 与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：一，所述MMC拓扑结构由带阻尼电 阻的箝位双子模块构成，对电力电子器件的要求较低，具有良好的可扩展性，可以方便地扩 展地很高的电压等级和功率。二，正常运行情况下，单个箝位双子模块等效为两个级联的半 桥子模块，可移植已经比较成熟的半桥子模块的MMC调制和控制策略。三，在箝位二极管处 串联阻尼电阻，可以耗散闭锁时直流网络能量加快闭锁，利于直流故障穿越。四，本专利技术便 于实现电网黑启动。 【附图说明】 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、 目的和优点将会变得更明显： 图1(a)为本专利技术具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构的基本拓 扑结构图。 图1(b)为本专利技术中子模块的电路图。 图2为本专利技术中子模块的稳态运行模式的示意图。 图3(a)为本专利技术中子模块的闭锁模式（一）的示意图。 图3(b)为本专利技术中子模块的闭锁模式（二）的示意图。 图4为闭锁后故障电流的潜在通路的示意图。 图5为MMC两阶段启动控制流程的示意图。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术 的保护范围。 如图1(a)和图1(b)所示，具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构 共由三相六个桥臂组成，其中每个桥臂包含n(n>2)个子模块（Sub Module，SM)和多个环 流抑制电抗器（第一环流抑制电抗器L1至第六环流抑制电抗器L6)，第一环流抑制电抗器 L1与第二环流抑制电抗器L2串联连接后，其中点与交流输入端子Ua连接，第三环流抑制电 抗器L3与第四环流抑制电抗器L4串联连接后，其中点与交流输入端子Ub连接，第五环流 抑制电抗器L5与第六环流抑制电抗器L6串联连接后，其中点与交流输入端子Uc连接，子 模块由带阻尼电阻的箝位双子模块构成，箝位双子模块由两个半桥单元和串联阻尼电阻的 两个箝位二极管支路，以及在系统稳态运行模式下常通的引导支路构成。箝位二极管支路 包括第五二极管D31和第六二极管D32,引导支路包括第一三极管T0和续流二极管D0。子 模块正常运行时，第一三极管T0 -直导通，正常模式有四种正常的工作状态，输出电压有 三种，分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构，其特征在于，所述具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构由三相六个桥臂组成，其中每个桥臂包含n个子模块和多个环流抑制电抗器，子模块由带阻尼电阻的箝位双子模块构成，箝位双子模块由两个半桥单元和串联阻尼电阻的两个箝位二极管支路，以及在系统稳态运行模式下常通的引导支路构成。

【技术特征摘要】
1. 一种具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构，其特征在于，所述具有 电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构由三相六个桥臂组成，其中每个桥臂包含 n个子模块和多个环流抑制电抗器，子模块由带阻尼电阻的箝位双子模块构成，箝位双子模 块由两个半桥单元和串联阻尼电阻的两个箝位二极管支路，以及在系统稳态运行模式下常 通的引导支路构成。2. 根据权利要求1所述具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构，其特征 在于，所述箝位二极管支路包括第五二极管和第六二极管，引导支路包括第一三极管和续 流二极管。3. 根据权利要求2所述具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构，其特征 在于，所述子模块正常运行时，第一三极管一直导通，正常模式有四种正常的工作状态，输 出电压有三种，分别为：〇、Uc、2Uc，其中Uc为子模块直流侧电容电压；闭锁模式下，根据电 流方向的不同，输出电压有两种：2Uc、-Uc。4. 根据权利要求2所述具有电网黑启动和直流故障穿越能力的MMC拓扑结构，其特 征在于，所述子模块包括第二三极管、第一二极管、第三三极管、第二二极管、第一电容、第 四三极管、第三二极管、第五三极管、第四二极管、第二电容、第一电阻、第二电阻，第一三极 管的集电极与第一电阻连接，第一三极管的发射极与第二电阻连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，王志新，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31