具有直流故障阻断能力的电流主动转移型MMC

陈 铮，陈 武，刘 忠，左向红，施慎行，薛钟兵

（1. 东南大学先进电能变换技术与装备研究所，江苏省南京市210096；2. 国网扬州供电公司，江苏省扬州市225000；3. 国网北京市电力公司，北京市100055；4. 清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市100084）

0 引言

模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）与传统的电网换相换流器相比，不仅不存在换相失败的问题，而且具有动态无功支撑、有功/无功控制解耦和输出谐波特性优良等优点，因而在柔性直流输配电领域得到广泛应用［1-4］。

现有的工程实践表明，直流系统特有的“低阻尼”“低惯性”的特点，导致其故障发展速度极快；同时，考虑到多种形式的远距离、大规模新能源并网的需求，采用架空线路作为输电方式显得更为合适［5-6］。但是架空线路较电缆相比更易发生短路故障［7］。若仍采用半桥型MMC，则半桥子模块（halfbridge submodule，HBSM）中续流二极管的存在使得直流短路故障发生后，即使闭锁换流器也无法阻断故障电流，这限制了柔性直流输配电技术的大规模推广。

针对上述难点，许多专家学者进行了深入研究，大体可以分为2 种技术路线。一种是通过直流断路器（DC circuit breaker，DCCB）来阻断故障电流，其中混合式DCCB 又因兼备快速开断和低损耗的特性［8-9］成为理论研究和工程应用的首选。但是受限于绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）的通流能力，快速大容量DCCB 的研制仍是难点，并且当DCCB 应用于直流电网时的造价也十分昂贵［10］。

另一种方法是通过改进MMC 拓扑结构来阻断故障电流。各种具有故障阻断能力的子模块拓扑结构 被 提 出［11-12］，如 全 桥 子 模 块（full-bridge submodule，FBSM）、钳位型双子模块（clamp-double submodule，CDSM）等。……