[发明专利]一种双箝位自阻断自平衡子模块和模块化多电平换流器

说明书

本发明公开了一种双箝位自阻断自平衡子模块和模块化多电平换流器，涉及电力电子的技术领域，所述子模块包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关、第二开关和开关网络；双箝位自阻断自平衡子模块利用第一开关、第二开关和开关网络的通断配合，实现第一电容和第二电容的电压和功率自动平衡；通过关断双箝位自阻断自平衡子模块中的所有开关，使所有二极管提供负的两倍电容电压来吸收短路电流，使得短路电流迅速下降到零，从而有效抑制直流侧短路故障。利用双箝位自阻断自平衡子模块串联连接组成的模块化多电平换流器，也同时具有电容电压自动平衡和抑制直流侧短路功能。

技术领域

本发明涉及电力电子的技术领域，更具体地，涉及一种双箝位自阻断自平衡子模块和模块化多电平换流器。

背景技术

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术获得了工业界与学术界的广泛研究与应用，其在有功调节与无功调节方面都具有很高的灵活性。此外，模块化多电平换流器自身结构所具有的模块化特性与冗余特性也使系统具有较高的运行可靠性。现在的柔性直流输电系统几乎都是基于半桥型或全桥型子模块设计的。半桥型子模块结构简单但不具备抑制直流侧短路故障的能力；全桥型子模块具备抑制直流侧短路故障的能力，但所需开关器件较多。并且，半桥型子模块和全桥型子模块均不具备电容电压自动平衡的能力。因此需要通过复杂的控制算法来实现电容电压的平衡；除了半桥型和全桥型子模块外，如图1所示的双箝位子模块和图2所示串联双子模块也是较常见的子模块，但双箝位子模块和串联双子模块中的两个电容电压也不能自动平衡，同样需要在检测每个电容电压的基础上，通过复杂的控制算法来实现电容电压的平衡。

2021年3月26日公开的中国专利申请CN112564528A公开了一种自平衡的模块化多电平换流器，包括至少一个相单元，所述相单元包括第一自平衡模块和第二自平衡模块；所述第一自平衡模块的一端作为第一直流端，所述第二自平衡模块的一端作为第二直流端，所述第一自平衡模块的另一端、第二自平衡模块的另一端均用于连接交流端。该发明只能实现电容电压的平衡，不具有抑制直流侧短路的功能。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中多电平换流器的子模块无法同时实现电容电压自动平衡和抑制直流侧短路功能的缺陷，提供一种双箝位自阻断自平衡子模块和模块化多电平换流器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种双箝位自阻断自平衡子模块，所述子模块包括第一电容C₁、第二电容C₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D_S1、第四二极管D_S2、第一开关S₁、第二开关S₂和开关网络U；

开关网络U的1号端口与第一电容C₁的正极连接，开关网络U的2号端口与第一电容C₁的负极连接；第一电容C₁的正极与第一开关S₁的一端连接，第一开关S₁的另一端与第一二极管D₁的阴极连接，第一二极管D₁的阳极与第一电容C₁的负极连接；第一开关S₁的一端还与第三二极管D_S1的阴极连接，第一开关S₁的另一端还与第三二极管D_S1的阳极连接；第一二极管D₁的阴极作为第一输出端；