电容嵌位子模块：一种新型直流故障阻断拓扑

本文探讨了一种新的电容嵌位子模块（CESM）拓扑结构，旨在解决半桥子模块在直流故障情况下的电流阻断问题。传统的半桥子模块在直流故障时，即使闭锁IGBT，仍可能通过二极管向故障点馈流，无法有效阻止故障电流。为了解决这个问题，新提出的CESM拓扑在正常运行时，各IGBT均衡导通，不需要额外的特殊通流器件。而在直流故障发生时，子模块内的电容会产生反向电压，闭锁所有IGBT，从而阻止交流系统的能量馈入故障点，利用二极管的单向导通性抑制桥臂电抗器的续流，增强故障电流阻断能力。 模块化多电平换流器（MMC）是现代电力系统中的一种重要技术，因其低开关频率、低损耗和高质量的电压波形而受到青睐。然而，随着架空线在柔性直流输电系统中的广泛应用，直流线路故障概率增加，对快速切断故障电流的需求变得更加迫切。现有的解决方案如跳开交流断路器响应速度慢，高压直流断路器技术尚不成熟，而改进子模块拓扑结构成为一种有效的替代方法。 与全桥子模块和箝位双子模块相比，新型的电容嵌位子模块具有独特的优点。全桥子模块虽然可以灵活运行并有较强的故障穿越能力，但器件数量多，初期投资和运行损耗较大。箝位双子模块虽能输出三种电平，但其连接两个半桥结构的IGBT反并联二极管在正常工作时损耗较大。而CESM结构则避免了这些缺点，它在减少附加功率器件的同时，提供了更强的直流故障阻断能力。 文章通过PSCAD/EMTDC仿真平台对提出的电容嵌位子模块进行了分析，结果显示，这种拓扑在直流故障阻断性能上优于全桥子模块和箝位双子模块。这表明CESM结构具有较高的研究价值和潜在的应用前景，尤其是在大容量、远距离输电的柔性直流系统中，能提高系统安全性和快速故障恢复能力。 这项工作提出了一种创新的子模块设计，为处理模块化多电平换流器的直流故障问题提供了一个有效且经济的解决方案。未来的研究可能集中在进一步优化这种拓扑，以减少损耗，提高效率，并实现更高效的故障管理策略。