[发明专利]一种具有直流故障阻断能力的改进型三端功率单元

说明书

本发明涉及一种具有故障电流阻断能力的改进型三端功率单元，包括功率变换回路及换流回路；所述改进型三端功率单元具有三端交流端，一个直流端及一个储能接入的端，实现了交流侧，储能单元侧及直流侧的连接，同时其还具有模块化多电平换流器系统发生直流故障时的故障阻断能力，可以实现快速阻断并清除故障电流。本发明的拓扑克服了传统三端功率单元不具备阻断故障电流的缺陷，提高了系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体为一种应用于模块化多电平换流器中具有直流故障电流阻断能力的改进型三端功率单元。

背景技术

作为一种具有较好应用前景的多电平拓扑，模块化多电平换流器(modularmultilevel converter，MMC)近年来受到了广泛研究。MMC不仅具有高度模块化，输出谐波含量小的特点，而且在系统不平衡运行、故障保护等方面具有显著的技术优势，已经广泛应用于实际工程中。大量新能源并网对电网带来冲击，而储能单元接入有助于缓解新能源并网所带来的不良影响。因此模块化多电平换流器的对称储能系统在工程应用中具有极大的价值，然而此种拓扑中无论是普通子模块，还是三端功率单元(three-terminal powerunit，TPU)模块，均具有半桥型子模块的特点，在故障发生时，无法有效清除故障，因此亟待改进。

目前，由于半桥型子模块开关器件少、性能优异等特点，广泛应用于MMC实际工程中，然而目前基于半桥型子模块的MMC难以完成直流侧故障的清除，即使闭锁换流器，交流系统仍可经换流器内部两相桥臂中器件的反并联续流二极管以及直流故障点构成能量流动回路，影响系统稳定性，严重将使输配电系统瘫痪，造成巨大的经济损失。

公知的换流器子模块有半桥型子模块，全桥型子模块和箝位双型子模块等。半桥型子模块构成的MMC系统不具有阻断直流故障电流的能力，发生直流故障时需要开断交流断路器或者以直流断路器来切断直流故障通路，这种方式降低了供电可靠性，增加了系统成本；由全桥型子模块或者箝位双型子模块构成的MMC系统具有阻断直流故障电流的能力，但损耗及成本高，经济性较差。上述基于模块化多电平换流器的对称储能系统由半桥型子模块及TPU模块构成，不具备直流故障电流的阻断能力，在系统发生直流故障时也不能及时清除故障，实现故障穿越。

因此，在保留对称储能型模块化多电平换流器中的柔性储能接口的同时，需要设计具有故障阻断能力的TPU模块，同时设计相应的整体系统，以实现直流故障的快速清除。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或者改进需求，本发明提供一种改进型三端功率单元(improved three-terminal power unit，ITPU)，相比于传统TPU模块，其可以阻断直流故障电流，有效保护整体系统。

为实现上述目的，本发明所提出一种改进型三端功率单元模块单元，包括功率变换回路与换流回路；

所述功率变换回路由n个半桥和一个直流电容构成，其中n为整数，n＞1；

所述半桥由两个开关模块构成，半桥上开关模块负端与下开关模块正端相连接，上下开关模块连接处引出桥臂接入的端口；

所述n个半桥处于并联关系，并提供了n相桥臂接入的端口；n个半桥并联后与直流电容并联；

所述换流回路由一个开关模块和一个二极管构成；

当所述改进型三端功率单元为上改进型三端功率单元模块时：

直流电容的正端与半桥上开关模块的正端相连接，直流电容的负端与半桥下开关模块的负端相连接；

直流电容正端和负端分别引出P⁺、P^-端子，构成储能接入的端口；

所述换流回路中开关模块正端与直流电容正端相连接，开关模块负端与二极管负端相连接，二极管正端与直流电容负端相连接，在开关模块与二极管连接处引出直流输出端子P。