一種具有直流側(cè)故障阻斷能力的mmc子模塊電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)保護(hù)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種具有直流側(cè)故障阻斷能力的 MMC子模塊電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)以三相半橋?yàn)橹麟娐返碾娔苜|(zhì)量綜合補(bǔ)償裝置輸出電壓電平數(shù)受到限制并 且對(duì)負(fù)序電流的補(bǔ)償能力有限，導(dǎo)致其最終的補(bǔ)償結(jié)果并不能達(dá)到所要求的效果，并且其 開關(guān)頻率較高、損耗大。有時(shí)為了提高系統(tǒng)的耐壓，需要多個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)分壓，但這會(huì)帶 來開關(guān)器件動(dòng)作一致性和均壓等問題。
[0003] 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2015-5-13公布的一項(xiàng)發(fā)明專利申請(qǐng)（【申請(qǐng)?zhí)枴?01410848005X 名稱：具有直流故障限流能力MMC換流器改進(jìn)結(jié)構(gòu)及隔離方法）公開了一種具有直流故障 限流能力的M M C換流器，包括限流模塊，可控開關(guān)，電阻和直流斷路器。在直流側(cè)發(fā)生故 障時(shí)，通過快速、全面的故障限流，降低了對(duì)直流斷路器的動(dòng)作速度和切除容量的要求。其 缺陷在于所需器件多樣，耐壓值低，直流斷路器反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)作頻率高，對(duì)器件損耗大。在 直流側(cè)短路時(shí)，由于二極管的續(xù)流作用，造成直流側(cè)不能及時(shí)完全鎖閉短路電流，需要與斷 路器配合實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電路斷開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)以上問題，提供了一種直流側(cè)能夠及時(shí)、完全地鎖閉短路電流，且結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、所需器件少、集成度高的具有直流側(cè)故障阻斷能力的MMC子模塊電路。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 包括兩個(gè)半橋子模塊、帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一和二極管，半橋子模塊包括 帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二、帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管三和穩(wěn)壓電容，帶反 向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二與帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管三串聯(lián)連接，穩(wěn)壓電容的 正極端與所述帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二的集電極連接，負(fù)極端與帶反向并聯(lián)二極 管的功率開關(guān)管三的發(fā)射極連接，帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二的發(fā)射極與帶反向并 聯(lián)二極管的功率開關(guān)管三的集電極之間為子模塊進(jìn)線端；穩(wěn)壓電容的負(fù)極端為子模塊出線 端，其特征在于，所述半橋子模塊其中一個(gè)與所述帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一的發(fā) 射極連接，另一個(gè)與所述帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一的集電極連接； 所述二極管的負(fù)極與和帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一的發(fā)射極連接的半橋子模 塊中的帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二的集電極連接，正極與另一個(gè)半橋子模塊中的帶 反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管三的發(fā)射極連接。
[0006] 包括進(jìn)線端和出線端； 所述進(jìn)線端與和帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一的發(fā)射極相連的半橋子模塊的子 模塊進(jìn)線端相同，出線端與和帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一的集電極相連的半橋子模 塊的子模塊出線端相同。
[0007] 還包括N個(gè)用于增容的半橋子模塊。
[0008] N=I時(shí)，用于增容的所述半橋子模塊的子模塊進(jìn)線端與和帶反向并聯(lián)二極管的功 率開關(guān)管一的集電極連接的半橋子模塊的子模塊進(jìn)線端相連； 用于增容的所述半橋子模塊中穩(wěn)壓電容的負(fù)極端為新的出線端。
[0009] N=2時(shí)，新增用于增容的所述半橋子模塊的進(jìn)線端與前一個(gè)用于增容的半橋子模 塊的出線端相連； 新增加的所述增容模塊中穩(wěn)壓電容的負(fù)極端為新的出線端。
[0010] 所述穩(wěn)壓電容為電解電容。
[0011] 本發(fā)明采用功率開關(guān)管作為開關(guān)器件，集成度高，產(chǎn)品體積小，穩(wěn)定性高；避免使 用直流斷路器，規(guī)避了直流斷路器損耗大的問題；所需器件少，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制算法難 度降低；所需器件少，成本低，易實(shí)現(xiàn)；采用模塊化制作，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活配置，降低 功耗；在電路故障時(shí)不需要配置直流斷路器就能夠斷開直流側(cè)，響應(yīng)迅速，斷開直流側(cè)，進(jìn) 行故障隔離。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的電路圖， 圖2是半橋子模塊的電路圖， 圖3是N=I時(shí)本發(fā)明電路圖， 圖4是N=2時(shí)本發(fā)明電路圖， 圖5是本發(fā)明的仿真波形圖， 圖6是電流方向?yàn)檎龝r(shí)電流的流通路徑示意圖， 圖7是電流方向?yàn)樨?fù)時(shí)電流的流通路徑示意圖， 圖8是帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1是帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一， 2是二極管， 3是半橋子模塊， 4是進(jìn)線端， 5是出線端， 301是帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二， 302是帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管三， 303 是穩(wěn)壓電容（Cl，C2, C3, C4)， 304是子模塊進(jìn)線端， 305是子模塊出線端。
[0013] 3011 是功率開關(guān)管（Tl，T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9)， 3012 是二極管一（Dl，D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 本發(fā)明如圖1所示，包括兩個(gè)半橋子模塊3、帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一 1 和二極管2,半橋子模塊1包括帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二301、帶反向并聯(lián)二極管 的功率開關(guān)管三302和穩(wěn)壓電容303,帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二301與帶反向并聯(lián) 二極管的功率開關(guān)管三302串聯(lián)連接，穩(wěn)壓電容303的正極端與所述帶反向并聯(lián)二極管的 功率開關(guān)管二301的集電極連接，負(fù)極端與帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管三302的發(fā)射 極連接，帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二301的發(fā)射極與帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān) 管三302的集電極之間為子模塊進(jìn)線端304 ;穩(wěn)壓電容的負(fù)極端為子模塊出線端305,其特 征在于，所述半橋子模塊3其中一個(gè)與所述帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一1的發(fā)射極 連接，另一個(gè)與所述帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一1的集電極連接； 所述二極管2的負(fù)極與和帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一1的發(fā)射極連接的半橋子 模塊3中的帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管二301的集電極連接，正極與另一個(gè)半橋子模 塊中的帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管三302的發(fā)射極連接。
[0015] 本發(fā)明有進(jìn)線端4和出線端5。進(jìn)線端4與和帶反向并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一 1的發(fā)射極相連的半橋子模塊3的子模塊進(jìn)線端304相同，出線端4與和帶反向并聯(lián)二極管 的功率開關(guān)管一1的集電極相連的半橋子模塊3的子模塊出線端5相同。
[0016] 本發(fā)明采用模塊化制作多電平換流器通過將子模塊相串聯(lián)，避免了開關(guān)器件直接 串聯(lián)帶來的分壓不均衡的問題，而且MMC易于通過相應(yīng)的均壓策略來實(shí)現(xiàn)各個(gè)子模塊之間 的直流側(cè)電壓均衡，另外MMC輸出電平數(shù)理論上可以增加到指定的數(shù)量，使得器件的開關(guān) 頻率大大降低。相較于傳統(tǒng)半橋子模塊具有直流側(cè)故障阻斷能力，可避免MMC直流側(cè)發(fā)生 短路故障時(shí)不能閉鎖故障電流的問題，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0017] 本發(fā)明能夠根據(jù)實(shí)際使用情況增加 N個(gè)用于增容的半橋子模塊3。
[0018] 如圖3所示，當(dāng)N=I時(shí)，用于增容的半橋子模塊3的子模塊進(jìn)線端304與和帶反向 并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管一的集電極連接的半橋子模塊3的子模塊進(jìn)線端304相連，用于 增容的半橋子模塊3中穩(wěn)壓電容的負(fù)極端為新的出線端5。
[0019] 如圖4所示，N=2時(shí)，在N=I的基礎(chǔ)上增加了新的用于增容的半橋子模塊3。新的半 橋子模塊3的子模塊進(jìn)線端304與第一個(gè)用于增容的半橋子模塊3的子模塊進(jìn)線端304連 接，新的半橋子模塊3的子模塊出線端305作為新的出線端3。以此類推，當(dāng)N取3, 4, 5…… 的時(shí)候，每增加一個(gè)新的用于增容的半橋子模塊3,新的用于增容的半橋子模塊3的子模塊 進(jìn)線端304都與前一個(gè)子模塊進(jìn)線端304相連接，同時(shí)新的半橋子模塊3的子模塊出線端 305作為新的出線端5。
[0020] 為了及時(shí)、完全的鎖閉短路電流流過半橋子模塊，只需要使二極管2的兩端電壓 值小于0