本发明专利技术公开了一种具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块，所述MMC子模块包括3个IGBT管T1、T2和T3，3个独立二极管D4、D5和D6，以及1个电容器C，所述T1的发射极连接D4的正极，D4的负极连接T2的集电极；T1的集电极与C的正极相接，C的负极连接T3的发射极，T2的发射极与T3的集电极相接；D5的正极接C的负极，D5的负极接T1的发射极；D6的正极接T3的集电极，D6的负极接C的正极，输出端口的一端与D4的正极和T1的发射极连接，输出端口的另一端与T3的集电极和T2的发射极连接。该子模块具有使用器件少、控制简单、运行损耗低的优点，且电容电压更为均衡，有利于快速重启。利于快速重启。利于快速重启。
【技术实现步骤摘要】
一种具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块
[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块及其故障穿越控制方法。
技术介绍
[0002]模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有易于拓展、输出波形质量高、故障处理能力强和传输效率高等优势，是当今柔性直流输电技术发展创新的主要换流器拓扑之一。在实际工程中，若采用电缆构成柔性直流电网，所发生故障一般为永久性故障，停电检修无法避免，但相比于架空线，电缆存在成本高、输送容量低等问题，会严重限制柔性直流电网的建立与发展，现阶段发展趋势是构建基于架空线路的柔性直流电网。而架空线构成的柔性直流电网非永久性故障发生率高，为了保证直流输电系统的供电可靠性，在直流侧发生非永久性故障后并不希望换流站闭锁停止工作。因此，通过限制故障电流等措施提高直流电网的故障穿越能力是满足工程应用条件的关键技术之一。
[0003]故障穿越是指在电网发生故障的情况下不脱离电网而继续维持运行，直至故障解除，系统恢复正常平稳运行状态。当涉及到新能源发电风电领域，电网故障会给风电机组等风电场电气设备带来一系列的暂态过程，如过流、低电压、过速等。过去，风电机组都不具备故障穿越能力，因此当发生电网故障时，风电机组因自身安全原因，一般都会自动与电网解列，增加局部电网故障的恢复难度，恶化电网稳定性，甚至会加剧故障并导致系统崩渍。因此，为了维持电网的安全稳定运行，各国电网部门根据自身实际对风电场的电力接入提出了严格的技术要求，其中风机的故障穿越能力要求(Grid Fault Ride Through GFRT)被公认为是最具挑战性的一项重要的技术要求。风机如果具备了故障穿越能力，便可大大减少风电机组在故障时反复并网次数，减少对电网的冲击。
[0004]根据穿越直流侧故障的设备不同，故障穿越方法可分为交流断路器隔离、直流断路器隔离和换流器自清除三种类型。通过跳开交流侧断路器的方式穿越非永久性故障的方法在动作时间、供电可靠性等方面无法满足柔性直流电网的性能要求，仅在发生永久性故障时配合使用，进行断电检修操作。直流断路器具备一定的可行性，但会使系统成本及功率损耗增加，且直流断路器针对高电压等级、大容量的工程场景技术仍不成熟，暂时未能达到实际直流工程应用需求。
[0005]而换流器自清除的方法是基于换流器固有的拓扑结构，配合相应的故障穿越控制策略以达到通过换流器抑制、清除故障电流的目的，与通过直流断路器穿越故障相比，这种方法不需要附加额外设备并避免了较长的开关动作时间，且阻断故障电流能力强、穿越后故障恢复时间短，是现阶段直流输电系统故障处理方法的研究热点。
[0006]传统的MMC子模块中，半桥型子模块(Half Bridge Sub
‑
Module，HBSM)控制简单，成本低但是在直流侧故障发生后闭锁子模块不能实现故障穿越；全桥型子模块(Full Bridge Sub
‑
Module，FBSM)在保留了控制简单特点的前提下具备有故障穿越能力，但成本较高；箝位型双子模块(Clamp Double Sub
‑
Module，CDSM)在一定程度上同时兼顾了经济性
与故障穿越能力，但控制变得更加复杂且故障穿越后存在电容能量不均衡的问题，不能快速重启。
[0007]以三种传统MMC子模块为依托，在保证故障穿越能力的前提下，现阶段衍生出了众多侧重性能不同新型子模块拓扑，但往往不能兼顾工程需要的所有性能。
[0008]故急需设计一种控制简单且成本低的MMC子模块，且还能够保证故障穿越能力。
技术实现思路
[0009](一)要解决的技术问题
[0010]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块，以下本专利技术将其简称为双向开关旁路子模块(Bidirectional Switch Bypass Sub
‑
Module，BSBSM)，该BSBSM能够通过故障后快速闭锁将电容反向接入故障回路的方式进行故障电流的限制，此外其控制方式简单，并具备快速重启能力。
[0011](二)技术方案
[0012]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0013]本专利技术提供了一种具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块，所述MMC子模块包括3个IGBT管T1、T2和T3，3个独立二极管D4、D5和D6，以及1个电容器C，所述T1的发射极连接D4的正极，D4的负极连接T2的集电极；T1的集电极与C的正极相接，C的负极连接T3的发射极，T2的发射极与T3的集电极相接；D5的正极接C的负极，D5的负极接T1的发射极；D6的正极接T3的集电极，D6的负极接C的正极，输出端口的一端与D4的正极和T1的发射极连接，输出端口的另一端与T3的集电极和T2的发射极连接，其中D1～D3为与T1～T3所对应的反并联二极管。
[0014]进一步的，所述MMC子模块中不包含独立二极管D4和反并联二极管D2，即此时D4和D2都替换为输电线。
[0015]进一步的，包括正极端子
″
+
″
和负极端子
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，所述正极端子
″
+
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为所述输出端口的一端，所述负极端子
″‑″
为所述输出端口的另一端。
[0016]进一步的，所述MMC子模块包括以下的三种工作模式：
[0017](1)模式1：T2、T3给开通信号，T1给关断信号，电容C被旁路，输出0电平；
[0018](2)模式2：T1、T3给开通信号，T2给关断信号，电容C投入，输出1电平；
[0019](3)闭锁模式：T1、T2、T3都给关断信号，换流器闭锁，电容C反向投入故障回路中，以限制故障电流进行故障穿越。
[0020]在另外一方面，本专利技术还公开了一种带有如以上所述的具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块的MMC换流器的控制方法，所述控制方法包括以下步骤S1
‑
S3：
[0021]步骤S1：判断直流侧电流的变化是否超过阈值；如果是则进入步骤S2，否则，循环执行S1；
[0022]步骤S2：闭锁BSBSM子模块的所有IGBT，并判断直流侧故障电流是否在规定时间内清除；若是则执行步骤S3，若否则标记为永久性故障，并跳开交流侧断路器进行停电检修；
[0023]步骤S3：标记为直流侧故障清除并解锁BSBSM子模块的IGBT，判断直流侧电流是否过流，若是则重复执行步骤S2，若否则表示系统恢复正常且完成非永久性故障穿越。
[0024](三)有益效果
[0025]由上述技术方案可知，本专利技术具备如下有益效果：
[0026]1)本专利技术的BSBSM能够通过故障后快速闭锁将电容反向接入故障回路的方式进行故障电流的限制，此外其故障穿越的控制方式简单，且电容电压更为均衡，使得构成本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块，其特征在于，所述MMC子模块包括3个IGBT管T1、T2和T3，3个独立二极管D4、D5和D6，以及1个电容器C，所述T1的发射极连接D4的正极，D4的负极连接T2的集电极；T1的集电极与C的正极相接，C的负极连接T3的发射极，T2的发射极与T3的集电极相接；D5的正极接C的负极，D5的负极接T1的发射极；D6的正极接T3的集电极，D6的负极接C的正极，输出端口的一端与D4的正极和T1的发射极连接，输出端口的另一端与T3的集电极和T2的发射极连接，其中D1～D3为与T1～T3所对应的反并联二极管。2.根据权利要求1所述的具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块，其特征在于，所述MMC子模块中不包含独立二极管D4和反并联二极管D2，即此时D4和D2都替换为输电线。3.根据权利要求1所述的具备直流故障穿越能力的新型MMC子模块，其特征在于，包括正极端子
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和负极端子
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，所述正极端子
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为所述输出端口的一端，所述负极端子
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【专利技术属性】
技术研发人员：辜宇飞，魏橙，唐艳明，李湖辉，张琛，张超，
申请(专利权)人：中建五局第三建设有限公司，
类型：发明
国别省市：
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