CN113472229B - 一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，属于高压直流输电技术领域。包括新型半桥混合子模块和全桥子模块，共N个子模块，子模块之间互相连接，其中，第1～K个子模块为新型半桥混合子模块，第K+1～N个子模块为全桥子模块，第K个新型半桥混合子模块与第K+1个全桥子模块相连，第K+1个全桥子模块的电压正极输入端口与第K个新型半桥混合子模块电压负极输出端口相连，第K+1个全桥子模块的电压负极输出端口与第K+2个全桥子模块的电压正极输入端口相连。本发明、与传统半桥子模块构成的桥臂相比，具备直流侧故障自清除能力；在满足故障电流自清除的情况下，与全桥和半桥子模块构成的桥臂相比，可以降低全桥子模块的数量。

Description

一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，属于高压直流输电技术领域。
背景技术
随着电力电子技术、风能、太阳能等可再生清洁能源的快速发展，以具备自关断能力的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为换流器件被广泛应用到柔性直流输电领域。采用基于模块化多电平换流器(MMC)的输电技术已成为大规模清洁能源接入电网的有效方案。MMC的桥臂结构是由多个结构相同的子模块按照一定的排列组合顺序级联在一起，目前比较常见的子模块有半桥子模块、全桥子模块、钳位双子模块等。MMC具有可灵活控制有功功率和无功功率，直流电压和电流，不存在换相失败，交流输出电压电流谐波小和波形质量高等优势，模块化结构易于封装和扩展，得到了各科研机构和工程技术领域的广泛关注。
由于柔性直流输电***较交流***有较低的阻尼特性，直流故障情况下，短路电流较大，严重威胁着子模块的安全运行，所以直流短路故障是现在亟待需要解决的技术难题。在实际工程中，考虑到经济特性，一些直流输电工程采用半桥子模块，直流侧发生短路故障时，故障电流主要包括两个部分：一部分是在故障发生时刻或故障后很短时间内电容放电产生，此部分故障电流可通过闭锁IGBT晶体管快速清除，另一部分是故障较长时间内交流***通过半桥子模块反并联的二极管形成短路回路，此故障电流为不控整流，无法通过闭锁晶体管来清除，严重威胁着***的安全稳定。同时直流电流本身不具有像交流***具有自然过零点特性，直流侧电抗器内存储着巨大能量，增大了直流故障电流的开断难度，使得开断短路器工作条件恶劣。为解决这一问题，有关学者提出了具备直流故障电流自清除能力的全桥子模块，与半桥子模块相比增加了一半的开关器件，开关损耗也增加一倍，经济性能较差。在±800kV昆柳龙混合多端直流输电工程中，率先使用全桥和半桥子模块级联组成的桥臂拓扑，对故障电流的自清除能力具有较好的特性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是是基于全桥和新型半桥混合子模块组成的桥臂拓扑结构下，交流侧通过半桥子模块反并联的续流二极管放电产生较大的故障电流，无法通过闭锁换流器来清除故障电流的问题。
本发明提供一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，对原先的半桥子模块间的连接方式进行改进，让其像全桥子模块一样对故障电流进行自清除。这样可以降低原先的桥臂拓扑中全桥子模块的使用数量。
本发明的技术方案是：一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，包括依次相连的新型半桥混合子模块和全桥子模块，共N个子模块。所述新型半桥混合子模块和全桥子模块均包括端口，所述端口分为电压正极输入端口和电压负极输出端口，可连接另一个新型半桥子模块或者全桥子模块。
所述新型半桥混合子模块的电压正极输入端连接上一个新型半桥混合子模块或全桥子模块的输出端，电压负极输出端连接下一个新型半桥混合子模块或全桥子模块的输入端；全桥子模块的的电压正极输入端连接上一个新型半桥混合子模块或全桥子模块的的输出端，电压负极输出端连接下一个新型半桥混合子模块或全桥子模块的输入端。
第1～K个子模块为新型半桥混合子模块级联，第K+1～N个子模块为全桥子模块级联，第K个新型半桥混合子模块的电压负极输出端连接第K+1个全桥子模块的电压正极输入端。第1个新型半桥混合子模块的电压正极输入端连接直流母线的正极，第N个全桥子模块的输出端通过桥臂电感L0与交流***连接。
由新型半桥混合子模块和全桥子模块构成的混合桥臂拓扑结构能够实现直流故障电流切断清除和新型半桥混合子模块内电容C1和C2之间的电压均衡。
在正常运行时，所述的混合桥臂拓扑结构通过控制开关管的通断可实现不同的电平(0，Uc，2Uc，……，N*Uc)输出。
在短路故障时，控制桥臂内新型半桥混合子模块故障回路开关S3和均压开关S4导通，新型半桥混合子模块中电容C1和C2处于并联，在电压正极输入端口处形成负的电动势-Uc1∥Uc2，利于清除故障电流，同时保证了故障期间电容电压之间的均衡。因此采用本发明所提出的桥臂拓扑结构能够对故障电流重新分配回路，实现故障电流的快速自清除和保证子模块内电容电压的均衡，改进传统半桥子模块内电容电压的均衡度较差问题。
在短路故障时，控制全桥子模块IGBT晶体管关断，故障电流可通过IGBT的反并联二极管形成回路，在输入输出端口处形成一个负的电动势-Uc0，利于清除故障电流。
本发明在基于全桥和半桥子模块组成的桥臂拓扑基础上，通过改变半桥子模块的连接方式，使其在直流发生故障的情况下，半桥子模块构成的新型混合子模块也能对故障电流起到清除作用，在保证故障电流的完全清除的情况下，可以降低全桥子模块的使用数量，经济性能良好。
所述新型半桥混合子模块包括半桥子模块HBSM1和HBSM2、双向开关、故障回路开关S3、均压开关S4；半桥子模块HBSM1中的电容C1正极与均压开关S4阴极相连，半桥子模块HBSM2中的电容C2正极与均压开关S4阳极相连；半桥子模块HBSM2的输出端与双向开关相连，故障回路开关S3阳极与新型半桥子模块的电压负极输出端口相连接，阴极与均压开关S4的阳极、半桥子模块HBSM2中电容C2正极相连接；
所述半桥子模块HBSM1包括绝缘栅双极型晶体管T1和T2、二极管D1和D2、电容C1；绝缘栅双极型晶体管T1与二极管D1反并联，T1发射极与D1阳极相连，T1集电极与D1阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T2与二极管D2反并联，T2发射极与D2阳极相连，T2集电极与D2阴极相连；电容C1正极和负极分别连接于T1集电极和D2阳极。
所述新型半桥混合子模块电压正极输入端口与绝缘栅双极型晶体管T1发射极、T2集电极，二极管D1阳极、D2阴极相连接，电压负极输出端口与双向开关、故障回路开关S3连接。
所述半桥子模块HBSM2包括绝缘栅双极型晶体管T3和T4、二极管D3和D4、电容C2；绝缘栅双极型晶体管T3与二极管D3反并联，T3发射极与D3阳极相连，T3集电极与D3阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T4与二极管D4反并联，T4发射极与D4阳极相连，T4集电极与D4阴极相连；电容C2正极和负极分别连接于T3集电极和D4阳极。
所述的双向开关由晶闸管S1和S2反并联构成，S1的阳极和S2的阴极共同连接于半桥子模块HBSM2的输出端口，S1的阴极和S2的阳极共同连接于下一子模块的输入端口。
所述故障回路开关S3阳极连接于新型半桥混合子模块电压负极输出端口，所述故障回路开关S3阴极连接于半桥子模块HBSM2中的电容C2正极和均压开关S4阳极。
所述均压开关S4阳极连接于半桥子模块HBSM2中的T3集电极、故障回路开关S3阴极和半桥子模块中的电容C2正极，阴极连接于半桥子模块HBSM1中的D1阴极和电容C1正极。
所述全桥子模块包括绝缘栅双极型晶体管T5、T6、T7和T8，二极管D5、D6、D7和D8，电容C0；绝缘栅双极型晶体管T5与二极管D5反并联，T5发射极与D5阳极相连，T5集电极与D5阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T6与二极管D6反并联，T6发射极与D6阳极相连，T6集电极与D6阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T7与二极管D7反并联，T7发射极与D7阳极相连，T7集电极与D7阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T8与二极管D8反并联，T8发射极与D8阳极相连，T8集电极与D8阴极相连，T5集电极与T7集电极相连，T6发射极与T8发射极相连，电容C0正极连接于T5集电极和T7集电极，电容C0负极连接于D6阳极和D8阳极。
本发明的有益效果是：
1、与半桥子模块构成的桥臂拓扑相比，具备直流侧故障清除能力；
2、与全桥子模块构成的桥臂拓扑相比，在满足故障清除能力的情况下减少绝缘栅双极型晶体管数量，降低成本。
附图说明
图1是构成本发明混合桥臂拓扑结构的子模块电路示意图。
图2是本发明的混合桥臂拓扑构成的MMC拓扑结构示意图
图3是本发明可适用的双端混合直流***仿真结构图。
图4是本发明的混合桥臂拓扑内新型半桥混合子模块正常运行下单相电流通路示意图。
图5是本发明的混合桥臂拓扑内新型半桥混合子模块故障闭锁下单相电流通路示意图。
图6是本发明的混合桥臂拓扑内全子模块正常运行下单相电流通路示意图。
图7是本发明的混合桥臂拓扑内全子模块故障闭锁下单相电流通路示意图。
图8是直流出口发生短路故障下阀侧电流清除仿真波形示意图。
图9是直流出口发生短路故障下子模块内电容电压均衡效果仿真示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，包括新型半桥混合子模块和全桥子模块，共N个子模块，子模块之间互相连接，其中，第1～K个子模块为新型半桥混合子模块，第K+1～N个子模块为全桥子模块，第K个新型半桥混合子模块与第K+1个全桥子模块相连，第K+1个全桥子模块的电压正极输入端口与第K个新型半桥混合子模块电压负极输出端口相连，第K+1个全桥子模块的电压负极输出端口与第K+2个全桥子模块的电压正极输入端口相连。
所述新型半桥混合子模块包括半桥子模块HBSM1和HBSM2、双向开关、故障回路开关S3、均压开关S4；半桥子模块HBSM1中的电容C1正极与均压开关S4阴极相连，半桥子模块HBSM2中的电容C2正极与均压开关S4阳极相连；半桥子模块HBSM2的输出端与双向开关相连，故障回路开关S3阳极与新型半桥子模块的电压负极输出端口相连接，阴极与均压开关S4的阳极、半桥子模块HBSM2中电容C2正极相连接。
所述全桥子模块包括绝缘栅双极型晶体管T5、T6、T7和T8，二极管D5、D6、D7和D8，电容C0；
绝缘栅双极型晶体管T5与二极管D5反并联，T5发射极与D5阳极相连，T5集电极与D5阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T6与二极管D6反并联，T6发射极与D6阳极相连，T6集电极与D6阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T7与二极管D7反并联，T7发射极与D7阳极相连，T7集电极与D7阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T8与二极管D8反并联，T8发射极与D8阳极相连，T8集电极与D8阴极相连，T5集电极与T7集电极相连，T6发射极与T8发射极相连，电容C0正极连接于T5集电极和T7集电极，电容C0负极连接于D6阳极和D8阳极。
所述半桥子模块HBSM1包括绝缘栅双极型晶体管T1和T2、二极管D1和D2、电容C1；绝缘栅双极型晶体管T1与二极管D1反并联，T1发射极与D1阳极相连，T1集电极与D1阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T2与二极管D2反并联，T2发射极与D2阳极相连，T2集电极与D2阴极相连；电容C1正极和负极分别连接于T1集电极和D2阳极；
所述新型半桥混合子模块电压正极输入端口与绝缘栅双极型晶体管T1发射极、T2集电极，二极管D1阳极、D2阴极相连接，电压负极输出端口与双向开关、故障回路开关S3连接。
所述半桥子模块HBSM2包括绝缘栅双极型晶体管T3和T4、二极管D3和D4、电容C2；绝缘栅双极型晶体管T3与二极管D3反并联，T3发射极与D3阳极相连，T3集电极与D3阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T4与二极管D4反并联，T4发射极与D4阳极相连，T4集电极与D4阴极相连；电容C2正极和负极分别连接于T3集电极和D4阳极。
所述的双向开关由晶闸管S1和S2反并联构成，S1的阳极和S2的阴极共同连接于半桥子模块HBSM2的输出端口，S1的阴极和S2的阳极共同连接于下一子模块的输入端口。
所述故障回路开关S3阳极连接于新型半桥混合子模块电压负极输出端口，所述故障回路开关S3阴极连接于半桥子模块HBSM2中的电容C2正极和均压开关S4阳极。
所述均压开关S4阳极连接于半桥子模块HBSM2中的T3集电极、故障回路开关S3阴极和半桥子模块中的电容C2正极，阴极连接于半桥子模块HBSM1中的D1阴极和电容C1正极。
如图4所示，正常运行时，新型半桥混合子模块的双向开关中晶闸管S1、S2保持导通，根据最近电平逼近调制策略控制绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3和T4的导通与关断，控制电容C1和C2的投切。可以输出2Uc，Uc，0三种电平，具体模式如下：
模式1：当需要新型半桥混合子模块的输出电压等于电容C1正极与负极的电压差和电容C2正极与负极的电压差之和，即Uc1+Uc2时，开关管T1，T3，S1，S2导通，T2，T4，S3，S4关断；
当电流从所述新型半桥混合子模块的电压正极端口注入，即ism＞0时，电流流通路径为：D1→C1→D3→C2→S1；
当电流从所述新型半桥混合子模块的电压负极端口注入，即ism＜0时，电流流通路径为：S2→C2→T3→C1→T1；
模式2：当需要新型半桥混合子模块的输出电压等于电容C1正极与负极的电压差，即Uc1时，开关管T1，T4，S1，S2导通，T2，T3，S3，S4关断；
当ism＞0时，电流流通路径为：D1→C1→T4→S1；
当ism＜0时，电流流通路径为：S2→D4→C1→T1；
模式3：当需要新型半桥混合子模块的输出电压等于电容C2正极与负极的电压差，即Uc2时，开关管T2，T3，S1，S2导通，T1，T4，S3，S4关断；
当ism＞0时，电流流通路径为：T2→D3→C2→S1；
当ism＜0时，电流流通路径为：S2→C2→T3→D2；
模式4：当需要新型半桥混合子模块的输出电压等于0时，开关管T2，T4，S1，S2导通，T1，T3，S3，S4关断；
当ism＞0时，电流流通路径为：T2→T4→S1；
当ism＜0时，电流流通路径为：S2→D4→D2；
如图5所示，故障情况下，故障回路开关S3、均压开关S4保持导通，双向开关中S2关断、S1导通，绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4关断，具体模式如下：
模式1：当ism＞0时，电流流通路径为：D1→C1→D3→C2→S1，此时输出电压Uc1+Uc2；当ism＜0时，电流流通路径为：S3→S4→C1→D2和S3→C2→D4→D2；此时输出电压-Uc1∥Uc2。
如图6所示，正常运行时，全桥子模块T5和T6，T7和T8开关状态相反，根据最近电平逼近调制策略控制T5、T6、T7、T8的导通与关断，控制电容C0的投切，可以输出Uc，0两种电平，具体模式如下：
模式1：当需要全桥子模块的输出电压等于电容C0正极与负极的电压差，即Uc0时，开关管T5，T8导通，T6，T7关断；
当ism＞0时，电流流通路径为：D5→C0→D8；
当ism＜0时，电流流通路径为：T8→C0→T5；
模式2：当需要新型半桥混合子模块的输出电压等于0时，开关管T5，T7导通，T6，T8关断；
当ism＞0时，电流流通路径为：D5→T7；
当ism＜0时，电流流通路径为：D7→T5；
如图7所示，故障情况下，全桥子模块中绝缘栅双极型晶体管T5、T6、T7、T8关断，具体模式如下：
模式1：当ism＞0时，电流流通路径为：D5→C0→D8，此时输出电压为Uc0；当ism＜0时，电流流通路径为：D7→C0→D6，子模块输出电压为-Uc0。
综上所述，一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑的运行模式如下表1和表2所示：
表1：桥臂拓扑内新型半桥混合子模块开关导通状态和电流流通路径
表2：桥臂拓扑内全桥子模块开关导通状态和电流流通路径
表中加粗黑实线表示电流的流向。
为了验证本发明在直流故障情况下对故障电流的清除和新型半桥混合子模块内电容电压均衡的能力，在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建的如图3所示的±100kV双端LCC-MMC仿真模型，模拟在逆变直流侧出口双极短路。直流侧出口4.5s时刻发生短路故障，如图8所示，阀侧短路故障电流能在短时间内清除，可以减少对换流设备的冲击；如图9所示，上桥臂子模块电容电压仿真波形，可以看出在非故障时候，电容电压均衡度较好，故障期间，电容电压保持不变，减少因换流阀电压波动对换流器件的损坏。
实施例2：如图2所示，一种由图1所示的混合桥臂拓扑结构构成的MMC拓扑结构，包括A、B、C三相完全一致的上下桥臂，以C相上桥臂为例：包括K个新型半桥混合子模块和(N-K)个全桥子模块。第1个新型半桥混合子模块的电压正极输入端连接正极直流母线，电压负极输出端连接第2个子模块的正极输入端，第2个子模块的电压负极输出端连接第3个子模块的正极输入端，以此规律，第K个新型半桥混合子模块的正极输入端连接第K-1个新型半桥混合子模块的负极输出端，第K个新型半桥混合子模块的负极输出端连接第K+1个全桥子模块的正极输入端，第K+1个全桥子模块的负极输出端连接第K+2个全桥子模块的正极输入端，以此规律，第N个全桥子模块的正极输入端连接第N-1个全桥子模块的负极输出端，第N个全桥子模块负极输出端通过桥臂电感L0与交流***C相相连。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，其特征在于：包括新型半桥混合子模块和全桥子模块，共N个子模块，子模块之间互相连接，其中，第1~K个子模块为新型半桥混合子模块，第K+1~N个子模块为全桥子模块，第K个新型半桥混合子模块与第K+1个全桥子模块相连，第K+1个全桥子模块的电压正极输入端口与第K个新型半桥混合子模块电压负极输出端口相连，第K+1个全桥子模块的电压负极输出端口与第K+2个全桥子模块的电压正极输入端口相连；
所述新型半桥混合子模块包括半桥子模块HBSM1和半桥子模块HBSM2、双向开关、故障回路开关S3、均压开关S4；半桥子模块HBSM1中的电容C1正极与均压开关S4阴极相连，半桥子模块HBSM2中的电容C2正极与均压开关S4阳极相连；半桥子模块HBSM2的输出端与双向开关相连，故障回路开关S3阳极与新型半桥混合子模块的电压负极输出端口相连接，故障回路开关S3阴极与均压开关S4的阳极、半桥子模块HBSM2中电容C2正极相连接；
所述半桥子模块HBSM1包括绝缘栅双极型晶体管T1、绝缘栅双极型晶体管T2、二极管D1、二极管D2、电容C1；绝缘栅双极型晶体管T1与二极管D1反并联，绝缘栅双极型晶体管T1发射极与二极管D1阳极相连，绝缘栅双极型晶体管T1集电极与二极管D1阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T2与二极管D2反并联，绝缘栅双极型晶体管T2发射极与二极管D2阳极相连，绝缘栅双极型晶体管T2集电极与二极管D2阴极相连；电容C1正极和负极分别连接于绝缘栅双极型晶体管T1集电极和二极管D2阳极；
所述新型半桥混合子模块电压正极输入端口与绝缘栅双极型晶体管T1发射极、绝缘栅双极型晶体管T2集电极、二极管D1阳极、二极管D2阴极相连接，所述新型半桥混合子模块电压负极输出端口与双向开关连接；
所述半桥子模块HBSM2包括绝缘栅双极型晶体管T3、绝缘栅双极型晶体管T4、二极管D3、二极管D4、电容C2；绝缘栅双极型晶体管T3与二极管D3反并联，绝缘栅双极型晶体管T3发射极与二极管D3阳极相连，绝缘栅双极型晶体管T3集电极与二极管D3阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T4与二极管D4反并联，绝缘栅双极型晶体管T4发射极与二极管D4阳极相连，绝缘栅双极型晶体管T4集电极与二极管D4阴极相连；电容C2正极和负极分别连接于绝缘栅双极型晶体管T3集电极和二极管D4阳极；
所述全桥子模块包括绝缘栅双极型晶体管T5、绝缘栅双极型晶体管T6、绝缘栅双极型晶体管T7、绝缘栅双极型晶体管T8、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、电容C0”；
绝缘栅双极型晶体管T5与二极管D5反并联，绝缘栅双极型晶体管T5发射极与二极管D5阳极相连，绝缘栅双极型晶体管T5集电极与二极管D5 阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T6与二极管D6反并联，绝缘栅双极型晶体管T6发射极与二极管D6阳极相连，绝缘栅双极型晶体管T6集电极与二极管D6阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T7与二极管D7反并联，绝缘栅双极型晶体管T7发射极与二极管D7阳极相连，绝缘栅双极型晶体管T7集电极与二极管D7阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T8与二极管D8反并联，绝缘栅双极型晶体管T8发射极与二极管D8阳极相连，绝缘栅双极型晶体管T8集电极与二极管D8阴极相连，绝缘栅双极型晶体管T5集电极与绝缘栅双极型晶体管T7集电极相连，绝缘栅双极型晶体管T6发射极与绝缘栅双极型晶体管T8发射极相连，电容C0正极连接于绝缘栅双极型晶体管T5集电极和绝缘栅双极型晶体管T7集电极，电容C0负极连接于二极管D6阳极和二极管D8阳极。
2.根据权利要求1所述的具备直流故障清除和均压能力的混合桥臂拓扑结构，其特征在于：所述的双向开关由晶闸管S1和晶闸管S2反并联构成，晶闸管S1的阳极和晶闸管S2的阴极共同连接于半桥子模块HBSM2的输出端，晶闸管S1的阴极和晶闸管S2的阳极共同连接于新型半桥混合子模块的电压负极输出端口。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110235221A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 Abb Schweiz Ag Bridging unit
US20150365011A1 (en) * 2013-03-22 2015-12-17 Abb Ab Bipolar double voltage cell and multilevel converter with such a cell
CN106787087A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 许继集团有限公司 混合式mmc排序均压充电方法、启动方法及装置
CN107370393A (zh) * 2017-06-29 2017-11-21 全球能源互联网研究院 一种模块化多电平换流器子模块拓扑结构及其保护方法
CN110535359A (zh) * 2019-08-29 2019-12-03 华北电力大学（保定） 一种具有自均压能力的二极管钳位混合mmc电路
CN112039361A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 华北电力大学（保定） Mmc子模块及应用该子模块的mmc无闭锁低电压故障穿越方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110235221A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 Abb Schweiz Ag Bridging unit
US20150365011A1 (en) * 2013-03-22 2015-12-17 Abb Ab Bipolar double voltage cell and multilevel converter with such a cell
CN106787087A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 许继集团有限公司 混合式mmc排序均压充电方法、启动方法及装置
CN107370393A (zh) * 2017-06-29 2017-11-21 全球能源互联网研究院 一种模块化多电平换流器子模块拓扑结构及其保护方法
CN110535359A (zh) * 2019-08-29 2019-12-03 华北电力大学（保定） 一种具有自均压能力的二极管钳位混合mmc电路
CN112039361A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 华北电力大学（保定） Mmc子模块及应用该子模块的mmc无闭锁低电压故障穿越方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于交叉重叠差分变换的MMC-HVDC线路故障识别方法;束洪春等;《电工技术学报》;第36卷(第1期);第203-214、226页 *

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