本實(shí)用新型涉及換流器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種新型模塊化多電平換流器子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

模塊化多電平換流器(MMC)是德國慕尼黑聯(lián)邦國防軍大學(xué)于2002年提出的一種新型的換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。相對于兩電平和三電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有諸多優(yōu)點(diǎn)：模塊化設(shè)計，通過調(diào)整子模塊的串聯(lián)個數(shù)可以實(shí)現(xiàn)電壓及功率等級的靈活變化；開關(guān)頻率低，損耗下降；輸出電壓波形非常平滑且接近理想正弦波形，諧波含量少，在網(wǎng)側(cè)不需要大容量交流濾波器等?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，將MMC應(yīng)用于直流輸電可以顯著提高直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，可靠性和適應(yīng)性。

直流側(cè)短路故障是目前MMC所面對的主要問題之一?，F(xiàn)階段清除直流側(cè)故障只能依靠斷開交流斷路器來實(shí)現(xiàn)，但該方法動作速度慢，系統(tǒng)恢復(fù)時間長。采用具有直流故障清除能力的子模塊拓?fù)鋪砬袛喙收想娏魇且环N行之有效的方法。該裝置通過換流器自身的電力電子器件來切斷直流故障電流。普通的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在故障時無法通過閉鎖來切斷故障電流，所以對通用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使其具有直流故障穿越的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型模塊化多電平換流器子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種新型模塊化多電平換流器子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括多個晶體管和多個二極管，所述多個晶體管包括第一晶體管T1、第二晶體管T2、第三晶體管T3、第四晶體管T4、第五晶體管T5和第七晶體管T7，所述多個二極管包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7和第八二極管D8，還包括第一電容器C1、第二電容器C2、第三電容器C3和第四電容器C4，其特征在于：第一晶體管T1和第一二極管D1反并聯(lián)，再與第二晶體管T2和第二二極管D2反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)串聯(lián)，然后與第一電容器C1和第二電容器C2組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)，構(gòu)成第一并聯(lián)結(jié)構(gòu)；第三晶體管T3和第三二極管D3反并聯(lián)，再與第四晶體管T4和第四二極管D4反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)串聯(lián)，然后與第三電容器C3和第四電容器C4組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)，構(gòu)成第二并聯(lián)結(jié)構(gòu)；

所述第一并聯(lián)結(jié)構(gòu)與第二并聯(lián)結(jié)構(gòu)由兩個橋臂交叉相連，第一個橋臂由第三電容器C3的上端連接至第二電容器C2的下端，第一橋臂由兩組晶閘管和二極管反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，第一組為第五晶體管T5和第五二極管D5反并聯(lián)，第二組為第七IGBT晶體管T7和第七二極管D7反并聯(lián)；第二個橋臂由第一電容器C1、第二電容器C2之間連接至第三電容器C3與第四電容器C4之間，第二個橋臂由第六二極管D6和第八二極管D8串聯(lián)而成，兩個橋臂交叉相連形成四個小橋臂，使每個小橋臂上都分配有一個二極管。

優(yōu)選的，所述第一晶體管T1、第二晶體管T2、第三晶體管T3、第四晶體管T4、第五晶體管T5和第七晶體管T7均為IGBT晶體管。

本實(shí)用新型提供一種新型模塊化多電平換流器子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，附加功率器件的額定電壓僅為常規(guī)功率器件的一半，額外成本較低。達(dá)到同等電壓等級，所需子模塊數(shù)目僅為常規(guī)設(shè)計的一半，降低了脈沖控制的設(shè)計難度和硬件成本,具有良好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型閉鎖模式正向電流流通路徑圖；

圖3為本實(shí)用新型閉鎖模式負(fù)向電流流通路徑圖；

圖4（a）為本實(shí)用新型永久性故障清除流程圖；

圖4（b）為本實(shí)用新型瞬時性故障清除流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種新型模塊化多電平換流器子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括多個晶體管和多個二極管，所述多個晶體管包括第一晶體管T1、第二晶體管T2、第三晶體管T3、第四晶體管T4、第五晶體管T5和第七晶體管T7，所述多個二極管包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7和第八二極管D8，還包括第一電容器C1、第二電容器C2、第三電容器C3和第四電容器C4，其特征在于：第一晶體管T1和第一二極管D1反并聯(lián)，再與第二晶體管T2和第二二極管D2反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)串聯(lián)，然后與第一電容器C1和第二電容器C2組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)，構(gòu)成第一并聯(lián)結(jié)構(gòu)；第三晶體管T3和第三二極管D3反并聯(lián)，再與第四晶體管T4和第四二極管D4反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)串聯(lián)，然后與第三電容器C3和第四電容器C4組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)，構(gòu)成第二并聯(lián)結(jié)構(gòu)；

所述第一并聯(lián)結(jié)構(gòu)與第二并聯(lián)結(jié)構(gòu)由兩個橋臂交叉相連，第一個橋臂由第三電容器C3的上端連接至第二電容器C2的下端，第一橋臂由兩組晶閘管和二極管反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，第一組為第五晶體管T5和第五二極管D5反并聯(lián)，第二組為第七IGBT晶體管T7和第七二極管D7反并聯(lián)；第二個橋臂由第一電容器C1、第二電容器C2之間連接至第三電容器C3與第四電容器C4之間，第二個橋臂由第六二極管D6和第八二極管D8串聯(lián)而成，兩個橋臂交叉相連形成四個小橋臂，使每個小橋臂上都分配有一個二極管。

優(yōu)選的，所述第一晶體管T1、第二晶體管T2、第三晶體管T3、第四晶體管T4、第五晶體管T5和第七晶體管T7均為IGBT晶體管。

子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路電平輸出包括3種電平狀態(tài)。

串聯(lián)雙子模塊存在兩種運(yùn)行模式，即正常運(yùn)行模式和閉鎖模式；在所述正常運(yùn)行模式內(nèi)，第五晶體管T5和第七晶體管T7一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，存在四種運(yùn)行狀態(tài)：

運(yùn)行狀態(tài)一：當(dāng)?shù)谝痪w管T1和第三晶體管T3導(dǎo)通，第二晶體管T2和第四晶體管T4關(guān)斷時,此時電容第一電容器C1和第二電容器C2以串聯(lián)形式接入電流流通路徑，子模塊端電壓為UC；

運(yùn)行狀態(tài)二：當(dāng)?shù)谝痪w管T1和第四晶體管T4導(dǎo)通，第二晶體管T2和第三晶體管T3關(guān)斷時,此時電容第一電容器C1和第二電容器C2、第三電容器C3、第四電容器C4以串聯(lián)形式接入電流流通路徑，子模塊端電壓為2UC；

運(yùn)行狀態(tài)三：當(dāng)?shù)诙w管T2和第三晶體管T3導(dǎo)通，第一晶體管T1和第四晶體管T4關(guān)斷時,此時電容第一電容器C1和第二電容器C2、第三電容器C3、第四電容器C4均不接入電流流通路徑，子模塊端電壓為0；

運(yùn)行狀態(tài)四：當(dāng)?shù)诙w管T2和第四晶體管T4導(dǎo)通，第一晶體管T1和第三晶體管T3關(guān)斷時,此時電容第三電容器C3和第四電容器C4以串聯(lián)形式接入電流流通路徑，子模塊端電壓為UC；

在閉鎖模式內(nèi)，所有可控開關(guān)即6個晶體管全部關(guān)斷，此時，串聯(lián)雙子模塊內(nèi)的電容電壓反極性接入到電流流通路徑中，在發(fā)生直流故障時，使二極管嵌位式雙子模塊進(jìn)入閉鎖模式，子模塊電容電壓來抑制直流故障的二極管續(xù)流效應(yīng)，關(guān)斷故障電流通路，從而迅速地清除故障電流。

如圖2、3所示，當(dāng)子模塊正常工作時所述第五晶體管T5和第七晶體管T7一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)子模塊出現(xiàn)故障時，故障信息被反饋到子模塊控制器，子模塊控制器發(fā)出控制信號，關(guān)斷所有晶體管, 利用子模塊電容電壓迫使導(dǎo)通的二極管反向截止，從而有效抑制MMC的不控整流效應(yīng)，關(guān)斷故障電流通路，在很短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)故障清除。

如圖4（a）所示,對于永久性故障，檢測到直流故障后立即閉鎖所有晶體管脈沖，來清除故障電流。等到故障電流清除后，斷開交流斷路器，進(jìn)行故障隔離和檢修；如圖4（b）所示，對于瞬時性故障，故障清除的過程和永久性故障類似。但是，故障清除后還要求快速恢復(fù)供電。通過解鎖第五晶體管T5和第七晶體管T7的脈沖，MMC變?yōu)槿嗖豢卣髌?，直流?cè)電壓逐步恢復(fù)。然后解鎖剩余所有 晶體管脈沖，換流器將恢復(fù)正常運(yùn)行。

上述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。