一種帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路，屬于電氣自動化設備領域。包括第一、第二、第三和第四直流電容器，第一和第二箝位二極管，第一、第二、第三、第四、第五和第六半導體開關，第一、第二、第三、第四、第五和第六續(xù)流二極管，第一和第二阻容吸收電路，以及第一和第二均壓電阻。本發(fā)明的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路，可以使用較低耐壓的半導體功率器件來實現(xiàn)較高電壓的輸出，降低模塊化多電平變流器中的變流模塊數(shù)量及變流器的整體成本，同時實現(xiàn)直流側發(fā)生短路故障時的保護。
【專利說明】一種帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路，屬于電氣自動化設備領域。
【背景技術】
[0002]電壓源變流器在高壓應用時，一般都需要功率半導體器件串聯(lián)來實現(xiàn)，或采用多電平變流器，如鏈式變流器和模塊化多電平變流器(MMC變流器)。鏈式變流器的缺點是有多個獨立的直流電源，使得其無法實現(xiàn)兩臺變流器的直流側背靠背連接，或者應用于直流輸電。已有的模塊化多電平電壓源變流器可以實現(xiàn)兩臺變流器的直流側背靠背連接，但輸出直流電壓較高時由于其變流模塊裝置需要使用較高耐壓的半導體功率器件，或需要使用更多的變流模塊裝置，使得裝置整體成本較高，另外在直流側短路時變流器無法通過閉鎖半導體功率器件驅(qū)動脈沖使短路電流下降到零，需要承受較大的短路電流而等待交流輸入斷路器跳閘。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路，以克服現(xiàn)有技術之不足，使用較低耐壓的半導體功率器件來實現(xiàn)較高電壓的輸出，降低模塊化多電平變流器使用變流模塊的數(shù)量，降低變流器整體成本，同時實現(xiàn)直流側發(fā)生短路故障時的保護。
[0004]本發(fā)明提出的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路，包括第一直流電容器、第二直流電容器、第三直流電容器、第四直流電容器、第一箝位二極管、第二箝位二極管、第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關、第六半導體開關、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管、第六續(xù)流二極管、第一阻容吸收電路、第二阻容吸收電路、第一均壓電阻和第二均壓電阻；上述的第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關和第六半導體開關的集電極分別與上述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管和第六續(xù)流二極管的陰極相連接，上述的第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關和第六半導體開關的的發(fā)射極分別與上述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管和第六續(xù)流二極管的陽極相連接；上述的第一半導體開關的發(fā)射極和上述的第二半導體開關的集電極相連接作為上述的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的正極端，上述的第三半導體開關的發(fā)射極和上述的第四半導體開關的集電極相連接作為上述的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的負極端；上述的第一直流電容器的正極端與上述的第一半導體開關的集電極相連接；上述的第二直流電容器的負極端與上述的第二半導體開關的發(fā)射極以及上述的第六半導體開關的發(fā)射極相連接；上述的第三直流電容器的正極端與上述的第三半導體開關的集電極以及上述的第五半導體開關的集電極相連接；上述的第四直流電容器的負極端與上述的第四半導體開關的發(fā)射極相連接；上述的第一直流電容器的負極端與上述的第二直流電容器的正極端相連接后再連接到上述的第一箝位二極管的陰極，上述的第三直流電容器的負極端與上述的第四直流電容器的正極端相連接后再連接到上述的第二箝位二極管的陽極；上述的第五半導體開關的發(fā)射極和上述的第六半導體開關的集電極相連接后再連接到上述的第一箝位二極管的陽極和上述的第二箝位二極管的陰極；上述的第一阻容吸收電路和上述的第一均壓電阻分別并聯(lián)于上述的第五半導體開關的集電極和發(fā)射極，上述的第二阻容吸收電路和上述的第二均壓電阻分別并聯(lián)于上述的第六半導體開關的集電極和發(fā)射極。
[0005]本發(fā)明提出的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的優(yōu)點是:使用較低耐壓的半導體功率器件來實現(xiàn)較高電壓的輸出，降低模塊化多電平變流器中變流模塊的數(shù)量和變流器的整體成本，同時實現(xiàn)直流側發(fā)生短路故障時的保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的電路原理圖?！揪唧w實施方式】
[0007]本發(fā)明提出的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路，包括第一直流電容器、第二直流電容器、第三直流電容器、第四直流電容器、第一箝位二極管、第二箝位二極管、第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關、第六半導體開關、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管、第六續(xù)流二極管、第一阻容吸收電路、第二阻容吸收電路、第一均壓電阻和第二均壓電阻；所述的第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關和第六半導體開關的集電極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管和第六續(xù)流二極管的陰極相連接，所述的第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關和第六半導體開關的的發(fā)射極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管和第六續(xù)流二極管的陽極相連接；所述的第一半導體開關的發(fā)射極和所述的第二半導體開關的集電極相連接作為所述的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的正極端，所述的第三半導體開關的發(fā)射極和所述的第四半導體開關的集電極相連接作為所述的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的負極端；所述的第一直流電容器的正極端與所述的第一半導體開關的集電極相連接；所述的第二直流電容器的負極端與所述的第二半導體開關的發(fā)射極以及所述的第六半導體開關的發(fā)射極相連接；所述的第三直流電容器的正極端與所述的第三半導體開關的集電極以及所述的第五半導體開關的集電極相連接；所述的第四直流電容器的負極端與所述的第四半導體開關的發(fā)射極相連接；所述的第一直流電容器的負極端與所述的第二直流電容器的正極端相連接后再連接到所述的第一箝位二極管的陰極，所述的第三直流電容器的負極端與所述的第四直流電容器的正極端相連接后再連接到所述的第二箝位二極管的陽極；所述的第五半導體開關的發(fā)射極和所述的第六半導體開關的集電極相連接后再連接到所述的第一箝位二極管的陽極和所述的第二箝位二極管的陰極；所述的第一阻容吸收電路和所述的第一均壓電阻分別并聯(lián)于所述的第五半導體開關的集電極和發(fā)射極，所述的第二阻容吸收電路和所述的第二均壓電阻分別并聯(lián)于所述的第六半導體開關的集電極和發(fā)射極。
[0008]圖1所示為本發(fā)明提出的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的電路原理圖。圖1中，變流模塊電路包括第一和第二直流電容器(I)C1/C2、第三和第四直流電容器(2)C3/C4、第一箝位二極管(3)D7、第二箝位二極管(4)D8、第一和第二半導體開關(5)S1/S2、第三和第四半導體開關(6) S3/S4、第五和第六半導體開關(7) S5/S6、第一和第二續(xù)流二極管(8 ) D1/D2、第三和第四續(xù)流二極管(9 ) D3/D4、第五和第六續(xù)流二極管(10 ) D5/D6、第一和第二阻容吸收電路(11) CS1/RS1和CS2/RS2、第一和第二均壓電阻(12) RJl和RJ2。S1/S2/S3/S4/S5/S6分別與D1/D2/D3/D4/D5/D6形成反并聯(lián)連接。SI的發(fā)射極和S2的集電極相連接作為變流模塊電路的正極端，S3的發(fā)射極和S4集電極相連接作為變流模塊電路的負極端；C1的正極端與SI的集電極相連接，C2的負極端與S2的發(fā)射極以及S6的發(fā)射極相連接；C3的正極端與S3的集電極以及S5的集電極相連接；C4的負極端與S4的發(fā)射極相連接；C1的負極端與C2的正極端相連接后再連接到D7的陰極，C3的負極端與C4的正極端相連接后再連接到D8的陽極；S5的發(fā)射極和S6的集電極相連接后再連接到D7的陽極和D8的陰極；電容CSl和電阻RSl串聯(lián)后再并聯(lián)在S5的集電極和發(fā)射極，電容CS2和電阻RS2串聯(lián)后再并聯(lián)在S6的集電極和發(fā)射極；均壓電阻RJl并聯(lián)在S5的集電極和發(fā)射極，均壓電阻RJ2并聯(lián)在S6的集電極和發(fā)射極。
[0009]本發(fā)明的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路，正常工作時，一直對第五半導體開關S5和第六半導體開關S6施加門極導通驅(qū)動信號，使S5和S6 —直處于導通狀態(tài)。當檢測出變流器直流側短路故障時，變流模塊裝置的第一半導體開關S1、第二半導體開關S2、第三半導體開關S3、第四半導體開關S4、第五半導體開關S5和第六半導體開關S6立即閉鎖關斷，短路電流會迅速下降，從而有效保護變流模塊電路的半導體開關和續(xù)流二極管。
[0010]本發(fā)明電路中的第一半導體開關S1、第二半導體開關S2、第三半導體開關S3、第四半導體開關S4、第五半導體開關S5和第六半導體開關S6，可以使用任何可關斷半導體開關。
[0011 ] 基于本發(fā)明的三相模塊化多電平變流器可以應用于柔性直流輸電(VSC-HVDC)、靜止同步補償器(STATC0M)、高壓變頻調(diào)速、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)，等等。
[0012]任何基于本發(fā)明電路所作的等效變換電路，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路，其特征在于，該變流模塊電路包括第一直流電容器、第二直流電容器、第三直流電容器、第四直流電容器、第一箝位二極管、第二箝位二極管、第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關、第六半導體開關、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管、第六續(xù)流二極管、第一阻容吸收電路、第二阻容吸收電路、第一均壓電阻和第二均壓電阻；所述的第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關和第六半導體開關的集電極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管和第六續(xù)流二極管的陰極相連接，所述的第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第四半導體開關、第五半導體開關和第六半導體開關的發(fā)射極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管和第六續(xù)流二極管的陽極相連接；所述的第一半導體開關的發(fā)射極和所述的第二半導體開關的集電極相連接作為所述的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的正極端，所述的第三半導體開關的發(fā)射極和所述的第四半導體開關的集電極相連接作為所述的帶短路保護的模塊化多電平變流器變流模塊電路的負極端；所述的第一直流電容器的正極端與所述的第一半導體開關的集電極相連接；所述的第二直流電容器的負極端與所述的第二半導體開關的發(fā)射極以及所述的第六半導體開關的發(fā)射極相連接；所述的第三直流電容器的正極端與所述的第三半導體開關的集電極以及所述的第五半導體開關的集電極相連接；所述的第四直流電容器的負極端與所述的第四半導體開關的發(fā)射極相連接；所述的第一直流電容器的負極端與所述的第二直流電容器的正極端相連接后再連接到所述的第一箝位二極管的陰極，所述的第三直流電容器的負極端與所述的第四直流電容器的正極端相連接后再連接到所述的第二箝位二極管的陽極；所述的第五半導體開關的發(fā)射極和所述的第六半導體開關的集電極相連接后再連接到所述的第一箝位二極管的陽極和所述的第二箝位二極管的陰極；所述的第一阻容吸收電路和所述的第一均壓電阻分別并聯(lián)于所述的第五半導體開關的集電極和發(fā)射極，所述的第二阻容吸收電路和所述的第二均壓電阻分別并聯(lián)于所述的第六半導體開關的集電極和發(fā)射極。
【文檔編號】H02M7/483GK103516243SQ201310470755
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權日:2013年10月10日
【發(fā)明者】劉文華, 宋強, 李笑倩 申請人:清華大學, 張家港智電西威變流技術有限公司