[实用新型]一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及高电压柔性直流输电中模块化多电平换流器(MMC)及其控制保护领域，具体涉及一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块。

背景技术

我国已建成的柔性直流输电工程如南汇、舟山等工程均采用“对称单极”换流阀结构，其缺点是双极换流器没有解耦，导致一极故障，另一极也无法正常运行。“双极”换流阀结构实现了两极独立运行，并且在单极故障时，非故障极可以转带故障极功率，较大提高了运行可靠性。厦门柔性直流工程为我国投运的第一个双极柔直工程。

随着我国MMC-HVDC工程不断向高电压等级、大容量发展，在双极柔直工程中，若发生换流阀单极闭锁故障，在某些情况下，故障极的大功率将瞬时涌入非故障极，造成非故障极的功率不平衡并导致暂态过电压。若过电压超过换流阀的承受能力，会导致非故障极闭锁。这就无法发挥“双极”换流阀相比于“对称单极”换流阀的技术优势。因此，提高换流阀暂态过电压耐受能力，对提升双极换流器的运行可靠性具有重要意义。

虽然通过优化柔直交流侧系统接入方案或优化柔直系统的控制策略，也可以提高换流阀的暂态过电压耐受能力，但提高换流阀子模块器件本身的过电压耐受能力，对从本质上提升柔性直流工程的可靠性水平尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块，用于提高柔性直流输电在暂态过电压情况下的运行可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块，其特征在于：其包括第一支路、第二支路和第三支路，所述第一至第三支路并联；所述第一支路由第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管构成，所述第二支路由第一电容构成，所述第三支路由第三二极管、第三开关管、第四开关管、第二电容和电阻构成。

所述第一支路中所述第一开关管和第二开关管串联连接，即所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极连接；所述第一二极管的阳极和阴极分别与所述第一开关管的发射极和集电极连接；所述第二二极管的阳极和阴极分别与所述第二开关管的发射极和集电极连接；所述第二开关管的发射极和集电极作为子模块的输出端。

所述第二支路中所述第一电容的正极和负极分别与所述第一支路中所述第一开关管的集电极和所述第二开关管的发射极连接。

所述第三支路为过电压耐受支路。

所述第三支路中，所述第三二极管、第三开关管和第四开关管依次串联连接，且所述第三二极管的阳极与所述第一支路中所述第一开关管的集电极连接，阴极与所述第三开关管的集电极连接；所述第三开关管的发射极与所述第四开关管的集电极连接；所述第四开关管的发射极与所述第一支路中所述第二开关管的发射极连接；所述第二电容与所述电阻串联后与所述第三开关管并联，且所述第二电容的负极与所述第三开关管的发射极连接。

各所述开关管都采用IGBT开关管。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于设置有过电压耐受支路，当出现暂态过电压时，第二电容对暂态过电压的冲击能量进行存储，有效限制子模块两端的暂态过电压，提高了器件的暂态过电压耐受能力。2、本实用新型由于在过电压耐受支路反串入一个二极管，阻断了过电压储能电容器的对外放电回路，实现了在提升暂态过电压耐受能力的同时，不影响其原有的对外放电特性。3、本实用新型由于过电压耐受支路中串联有一电阻，能够自动消耗暂态过电压能量，并且不会对外电路造成影响。4、本实用新型由于过电压耐受支路中的IGBT可以采用与原有IGBT相似的开断信号，控制简单。综上，本实用新型所提供的MMC子模块具有较好暂态过电压耐受能力，且控制逻辑简洁，易于实施，能够有效提高柔性直流输电的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块电路结构图；

图2是图1所示电路的充电模态；

图3是图1所示电路的放电模态；

图4是本实用新型提高暂态过电压耐受能力的MMC子模块限制暂态过电压的效果示意图；

图5是现有无过电压限制能力的子模块过电压波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的进行详细的描述。