專利名稱：一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路及方法。
背景技術(shù)：
柔性直流輸電技術(shù)是一種基于電壓源換流器的新型的高壓直流輸電技術(shù)，憑借其沒有換向失敗問題，可實現(xiàn)有功和無功功率的快速解耦控制以及諧波含量低的優(yōu)越性間更廣泛應(yīng)用于分布式發(fā)電并網(wǎng)、交流系統(tǒng)的異步互聯(lián)、多端直流輸電和城市配電網(wǎng)增容等領(lǐng)域。模塊化多電平換流器作為實現(xiàn)柔性直流輸電工程化的電壓源型換流器拓撲之一 近年來受到極大關(guān)注。其基本電路單元為子模塊，結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示，包括兩個IGBT開關(guān)管(Tl和T2)、與每個IGBT反向并聯(lián)的二極管(Dl和D2)、與T2反向并聯(lián)的晶閘管(D3)、旁路開關(guān)(K)、均壓電阻(R)、支撐電容(C)等，上層控制系統(tǒng)通過控制T1、T2的開通和關(guān)斷，子模塊輸出Uc或O (Uc為支撐電容器電壓，即直流側(cè)電壓)。其中，D3的功能為在直流側(cè)發(fā)生短路故障后、斷路器斷開前這段時間內(nèi)進行觸發(fā)導(dǎo)通，以承擔本應(yīng)流過二極管的過電流，起到保護續(xù)流二極管的作用；Κ能實現(xiàn)冗余子模塊和故障模塊的快速切換，而且一旦閉合即不能通過控制斷開，只有當變流器停電檢修時通過手動復(fù)位；R為子電容電壓提供一個靜態(tài)均壓作用，也可用于變流器停機后支撐電容放電。通過控制各子模塊的投入和退出就可生成穩(wěn)定的交流與直流輸出電壓，從而改變換流器的輸出電壓及功率等級。但是，當子模塊處于Tl關(guān)斷、Τ2開通的切出工作狀態(tài)，此時若Tl發(fā)生故障短路，為保護子模塊中的其他元器件，子模塊控制器會對Τ2發(fā)送脈沖封鎖信號，閉合K，旁路故障子模塊，系統(tǒng)電流i從K直接流過，不再進入子模塊。但是從故障發(fā)生到T2脈沖封鎖的反應(yīng)時間為IOus左右，而K的合閘時間約為IOms左右，由于K的動作時間較長，此時故障電流擴散至系統(tǒng)，將會影響同一橋臂或其他橋臂電壓和電流的變化。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路及方法，為晶閘管D3反向并聯(lián)一個晶閘管D4，在開啟T2脈沖封鎖和閉合K時同步導(dǎo)通，子模塊輸入電流i通過晶閘管D4換流，將該故障子模塊迅速旁路，由于晶閘管反應(yīng)時間與T2相近，比旁路開關(guān)要快，這樣能夠避免將故障電流擴散至換流器中，保障了系統(tǒng)的準確、安全和可靠運行。一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路，包括支撐電容C、均壓電阻R、第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關(guān)K、第二晶閘管D4和子模塊控制器101 ；其中，所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl通過支撐電容C與所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El相連；
所述均壓電阻R與所述支撐電容C并聯(lián)；所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El與所述第一二極管Dl的正極相連，所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl與所述第一二極管Dl的負極相連；所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第二二極管D2的正極相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第二二極管D2的負極相連；所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第一晶閘管D3的陽極相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第一晶閘管D3的陰極相連；所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第二晶閘管D4的陽極相連，所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第二晶閘管D4的陰極相連；所述旁路開關(guān)K與所述第二晶閘管D4并聯(lián)； 所述子模塊控制器101，用于實時監(jiān)測和判斷子模塊中各電氣量及故障狀態(tài)，當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，發(fā)送控制第二開關(guān)管T2封鎖脈沖的封鎖信號和控制旁路開關(guān)K閉合的閉合信號將所述子模塊旁路。上述的子模塊故障保護電路，優(yōu)選的，所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，當所述子模塊控制器101監(jiān)測到所述子模塊電氣量滿足第一預(yù)設(shè)值或第二預(yù)設(shè)值時，導(dǎo)通所述第二晶閘管D4。上述的子模塊故障保護電路，優(yōu)選的，所述子模塊控制器101包括監(jiān)測模塊，用于實時監(jiān)測并判斷所述子模塊的電氣量及故障狀態(tài)；第一驅(qū)動電路，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，發(fā)送控制第二開關(guān)管T2封鎖脈沖的封鎖信號；第二驅(qū)動電路，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，發(fā)送控制旁路開關(guān)K閉合的閉合信號；第三驅(qū)動電路，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，當所述監(jiān)測模塊監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第一預(yù)設(shè)值時，導(dǎo)通所述第二晶閘管D4。 上述的子模塊故障保護電路，優(yōu)選的，還包括第三晶閘管D5，所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl與所述第三晶閘管D5的陽極相連，所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El與所述第三晶閘管D5的陰極相連，當所述子模塊控制器101監(jiān)測得到子模塊電氣量滿足第二預(yù)設(shè)值時，所述第三晶閘管D5導(dǎo)通。上述的子模塊故障保護電路，優(yōu)選的，所述子模塊控制器101還包括第四驅(qū)動電路，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，當所述監(jiān)測模塊監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第二預(yù)設(shè)值時，導(dǎo)通所述第二晶閘管D4的同時導(dǎo)通所述第三晶閘管D5。一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法，包括當模塊化多電平換流器的子模塊發(fā)生第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，鎖閉第二開關(guān)管T2、導(dǎo)通第二晶閘管D4 ；關(guān)閉旁路開關(guān)K，將所述子模塊旁路。上述的子模塊故障保護方法，優(yōu)選的，還包括當模塊化多電平換流器的子模塊發(fā)生第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，在導(dǎo)通第二晶閘管D4的同時導(dǎo)通第三晶閘管D5。
本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路，包括支撐電容C、均壓電阻R、第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關(guān)K、第二晶閘管D4和子模塊控制器101 ;當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，第二開關(guān)管T2封鎖脈沖，第二晶閘管D4導(dǎo)通，系統(tǒng)電流通過第二晶閘管D4流過該產(chǎn)生故障子模塊，相當于將該故障子模塊旁路，同時子模塊控制器發(fā)送控制旁路開關(guān)K閉合的閉合信號，旁路開關(guān)K閉合，系統(tǒng)電流流過K，正式將所述子模塊旁路，再投入冗余子模塊。采用本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路及方法，當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，能夠有效防止故障電流擴大至系統(tǒng)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中模塊化多電平換流器的子模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例I的第一開關(guān)管Tl短路故障發(fā)生在橋臂電流i大于零的上半周期時電流流向圖；圖4是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例I的第一開關(guān)管Tl短路故障發(fā)生在橋臂電流i小于零的下半周期時電流流向圖；圖5是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例I中子模塊控制器101的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例2的第一開關(guān)管Tl短路故障發(fā)生在橋臂電流i小于零的下半周期時電流流向圖；圖8是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例2中子模塊控制器101的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法實施例I的流程圖；圖10是本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法實施例2的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。參見圖2示出了本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的故障保護電路實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖，包括支撐電容C、均壓電阻R、第一開關(guān)管Tl第二開關(guān)管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關(guān)K、第二晶閘管D4和子模塊控制器101 ;圖中虛線表示的控制信號傳輸路徑。模塊化多電平換流器的基本電路單元為子模塊，多個子模塊組合組成了換流器的橋臂結(jié)構(gòu)。其中，所述均壓電阻R和所述支撐電容C并聯(lián)；換流器的每個子模塊的組成結(jié)構(gòu)完全相同，均壓電阻R用于變流器停機后支撐電容器放電，為實現(xiàn)均壓控制的電容電壓提供必要的檢測通道、為子電容電壓提供一個靜態(tài)均壓作用。 所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl通過支撐電容C與所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El相連；所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El與所述第一二極管Dl的正極相連，所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl與所述第一二極管Dl的負極相連；所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第二二極管D2的正極相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第二二極管D2的負極相連；所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第一晶閘管D3的陽極相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第一晶閘管D3的陰極相連；第一晶閘管D3用于系統(tǒng)直流側(cè)發(fā)生短路故障后、斷路器斷開前這段時間內(nèi)進行觸發(fā)導(dǎo)通，承擔本應(yīng)流過第二二極管D2的過電流，對所述第二二極管D2進行分流保護。當?shù)诙_關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，第一晶閘管D3處于鎖閉狀態(tài)。所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第二晶閘管D4的陽極相連，所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第二晶閘管D4的陰極相連；所述旁路開關(guān)K與所述第二晶閘管D4并聯(lián)；第二晶閘管D4的反應(yīng)時間一般為幾十個us。對于模塊化多電平換流器的單個子模塊，其工作狀態(tài)共有三種開關(guān)狀態(tài)(I)閉鎖狀態(tài)第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2均關(guān)斷，一般在啟動前和嚴重故障時出現(xiàn)，正常運行時不出現(xiàn)；(2)投入狀態(tài)第一開關(guān)管Tl開通、第二開關(guān)管T2關(guān)斷,此時子模塊輸出電壓為支撐電容C的電壓；(3)切出狀態(tài)第一開關(guān)管Tl關(guān)斷、第二開關(guān)管T2開通。第一開關(guān)管Tl短路故障，當此故障發(fā)生于橋臂電流i大于零的上半周期時，由于第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路，支撐電容C通過第一開關(guān)管Tl-第二開關(guān)管T2回路迅速放電。此時流過第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2和支撐電容的電流迅速增大，在幾us內(nèi)達到額定電流的幾十倍，會造成第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2爆炸。此時應(yīng)封鎖第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2的脈沖，電流仍通過故障的第一開關(guān)管Tl對支撐電容進行充電。當此故障發(fā)生于橋臂電流i小于零的下半周期時，電流通過第二二極管D2導(dǎo)通，由于第一開關(guān)管Tl短路使得第二開關(guān)管T2的兩端電壓為支撐電容C電壓，第二二極管D2從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)，此時支撐電容C通過第一開關(guān)管Tl和外部回路放電。故障電流擴散至系統(tǒng)，這會導(dǎo)致同一橋臂或其他橋臂電壓和電流的變化，對換流器性能造成一定影響。參見圖3和圖4示出了本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例I的第一開關(guān)管Tl短路故障時的電流流向圖，箭頭方向為電流流向。其中，圖3為第一開關(guān)管Tl短路故障發(fā)生在橋臂電流大于零的上半周期時電流流向；當子模塊處于切出狀態(tài)，即第一開關(guān)管Tl關(guān)斷、第二開關(guān)管T2開通，若故障發(fā)生在電流大于零的上半周期，此時所述子模塊控制器101向第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2發(fā)送脈沖封鎖信號，控制旁路開關(guān)K閉合的同時導(dǎo)通第二晶閘管D4。由于第二晶閘管D4的動作時間非?？欤琲通過第二晶閘管D4換向至ik，將所述子模塊快速旁路。 圖4為第一開關(guān)管Tl短路故障發(fā)生在橋臂電流小于零的下半周期時電流流向。若故障發(fā)生在電流小于零的下半周期，此時所述子模塊控制器101向第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2發(fā)送脈沖封鎖信號，控制旁路開關(guān)K閉合的同時導(dǎo)通第二晶閘管D4，此時支撐電容C通過故障第一開關(guān)管Tl-第二晶閘管D4回路迅速放電。當電容電壓降低為零時(時間為Ims左右)，第二晶閘管D4截止，電流通過第二二極管D2繼續(xù)導(dǎo)通，子模塊輸出電壓為零，直至K閉合完畢則所述子模塊旁路。D4的快速導(dǎo)通能防止故障電流擴散至系統(tǒng)，導(dǎo)致同一橋臂或其他橋臂電壓和電流發(fā)生變化。參見圖5示出了本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例I中子模塊控制器101的結(jié)構(gòu)示意圖，包括監(jiān)測模塊1011、第一驅(qū)動電路1012、第二驅(qū)動電路1013和第三驅(qū)動電路1014。所述監(jiān)測模塊1011，用于實時監(jiān)測并判斷所述子模塊的電氣量及故障狀態(tài)；第一驅(qū)動電路1012，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，發(fā)送控制第二開關(guān)管T2封鎖脈沖的封鎖信號；第二驅(qū)動電路1013，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，發(fā)送控制旁路開關(guān)K閉合的閉合信號；第三驅(qū)動電路1014，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，當監(jiān)測模塊1011監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第一預(yù)設(shè)值時，導(dǎo)通所述第二晶閘管D4。由于旁路開關(guān)K的反應(yīng)時間較長，一般為IOms作用左右，當?shù)诙_關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，第二開關(guān)管T2接受子模塊控制器101發(fā)送的封鎖信號，反應(yīng)時間為IOus左右，電流不再流經(jīng)第二開關(guān)管T2。為加快將該故障子模塊旁路、防止故障電流擴散至系統(tǒng)，為旁路開關(guān)K并聯(lián)一個第二晶閘管D4。當?shù)诙_關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，所述子模塊電氣量發(fā)生快速變化并能夠迅速達到第一預(yù)設(shè)值，當所述子模塊控制器101的監(jiān)測模塊1011監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第一預(yù)設(shè)值時，第一驅(qū)動電路1012發(fā)送對第二開關(guān)管T2進行脈沖封鎖的封鎖信號，第二驅(qū)動電路1013發(fā)送閉合旁路開關(guān)K的閉合信號，同時第三驅(qū)動電路1014導(dǎo)通所述第二晶閘管D4，將所述子模塊旁路。實際實施中，在該故障子模塊旁路后，冗余設(shè)置的子模塊隨機投入使用，繼續(xù)該子模塊的動作、功能，該模塊化多電平換流器的整體性能不受影響。由上述可知，本發(fā)明實施例I提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路，包括支撐電容C、均壓電阻R、第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關(guān)K、第二晶閘管D4和子模塊控制器101 ;當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，子模塊控制器101控制第二開關(guān)管T2封鎖脈沖，第二晶閘管D4導(dǎo)通，同時旁路開關(guān)K閉合。采用本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路，當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，可實現(xiàn)故障子模塊的快速旁路，且能夠有效防止故障電流擴大至系統(tǒng)。
參見圖6示出了本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，本結(jié)構(gòu)是在圖2所示的結(jié)構(gòu)上，還包括第三晶閘管D5，所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl與所述第三晶閘管D5的陽極相連，所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El與所述第三晶閘管D5的陰極相連，即所述第三晶閘管D5與所述第一二極管Dl反向并聯(lián)。參見圖7示出了本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例2的第一開關(guān)管Tl短路故障發(fā)生在橋臂電流小于零的下半周期時電流流向。當子模塊處于第一開關(guān)管Tl關(guān)斷、第二開關(guān)管T2開通，若故障發(fā)生在電流小于零的下半周期，此時所述子模塊控制器101向第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2發(fā)送脈沖封鎖信號，控制旁路開關(guān)K閉合，同時導(dǎo)通第二晶閘管D4和第三晶閘管D5，此時支撐電容C通過故障第二晶閘管D4-第三晶閘管D5回路迅速放電。當電容電壓降低為零時(時間為Ims內(nèi))，第二晶閘管D4截止，電流通過第二二極管D2續(xù)流，子模塊輸出電壓為零，直至K閉合完畢則所述子模塊旁路。其中第二晶閘管D4的快速導(dǎo)通能防止故障電流擴散至系統(tǒng)，導(dǎo)致同一橋臂或其他橋臂電壓和電流發(fā)生變化；第三晶閘管的D5的導(dǎo)通則承擔了本應(yīng)通過故障第二開關(guān)管的大電流，有效保護了故障元件不被損壞。參見圖8示出了本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實施例2中子模塊控制器101，在圖5所示的結(jié)構(gòu)還包括第四驅(qū)動電路1015。所述第四驅(qū)動電路1015，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，當所述子模塊控制器101的監(jiān)測模塊1011監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第二預(yù)設(shè)值時，導(dǎo)通所述第二晶閘管D4的同時導(dǎo)通所述第三晶閘管D5。當?shù)诙_關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，所述子模塊電氣量發(fā)生快速變化并能夠迅速達到第二預(yù)設(shè)值，當所述子模塊控制器101的監(jiān)測模塊1011監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第二預(yù)設(shè)值時，同時導(dǎo)通第二晶閘管D4和第三晶閘管D5。導(dǎo)通所述第二晶閘管D4，能夠?qū)⑺鲎幽K旁路；由于第三晶閘管D5的導(dǎo)通，第三晶閘管D5對流經(jīng)第一開關(guān)管Tl的過電流進行分流，有效防止故障電流導(dǎo)致第一開關(guān)管Tl炸裂，這樣就不會因某個元件故障而導(dǎo)致子模塊整體損壞，提高了模塊化多電平換流器本身的可用率。實際實施中，在該故障子模塊旁路后，冗余設(shè)置的子模塊隨機投入使用，繼續(xù)該子模塊的動作、功能，該模塊化多電平換流器的整體性能不受影響。與上述的本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路相對應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法。參見圖9示出了本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊保護方法實施例I的流程圖，包括步驟SlOl :當所述模塊化多電平換流器的子模塊發(fā)生第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，鎖閉第二開關(guān)管T2、導(dǎo)通第二晶閘管D4 ；
當所述模塊化多電平換流器的子模塊的第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，子模塊控制器101的第一驅(qū)動電路1012發(fā)送封鎖信號控制所述第二開關(guān)管T2封鎖脈沖，其反應(yīng)時間較快，一般為IOus左右。為了加快將該故障子模塊旁路、啟動冗余子模塊的速度，為旁路開關(guān)K并聯(lián)一個第二晶閘管D4。當所述模塊化多電平換流器的子模塊的第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，所述子模塊電氣量發(fā)生快速變化并能夠迅速達到第第一預(yù)設(shè)值，當監(jiān)測模塊1011監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第一預(yù)設(shè)值時，第三驅(qū)動電路1014導(dǎo)通所述第二晶閘管D4，其反應(yīng)時間一般為幾個us，相當于將所述故障子模塊旁路，禁止該故障子模塊投入系統(tǒng)。步驟S102 :旁路開關(guān)K關(guān)閉，將所述子模塊旁路。由于旁路開關(guān)K的反應(yīng)時間較長，一般為IOms作用左右，當?shù)诙_關(guān)管T2封鎖脈沖、第二晶閘管D4導(dǎo)通時，子模塊控制器101的第二驅(qū)動電路1013同時發(fā)送控制旁路開關(guān)K閉合的閉合信號，旁路開關(guān)K接收該閉合信號后經(jīng)過反應(yīng)時間(IOms)后，最終旁路開關(guān)K閉合將所述故障子模塊真正旁路，能夠有效防止故障電流擴大至系統(tǒng)。 實際實施中，在該故障子模塊旁路后，冗余設(shè)置的子模塊隨機投入使用，繼續(xù)該子模塊的動作、功能，該模塊化多電平換流器的整體性能不受影響。由上述可知，本發(fā)明實施例I提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法，包括當所述模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路的第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，第二開關(guān)管T2鎖閉、第二晶閘管D4導(dǎo)通，快速旁路該故障子模塊；控制旁路開關(guān)K關(guān)閉，將所述子模塊真正旁路。采用本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法，當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，能夠有效防止故障電流擴大至系統(tǒng)。參見圖10示出了本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法實施例2的流程圖，本流程圖是在圖9的步驟SlOl和步驟S102之間還包括步驟S103 :當模塊化多電平換流器的子模塊發(fā)生第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，在導(dǎo)通第二晶閘管D4的同時導(dǎo)通第三晶閘管D5。當?shù)诙_關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，所述子模塊電氣量發(fā)生快速變化并能夠迅速達到第二預(yù)設(shè)值，當所述子模塊控制器101的監(jiān)測模塊1011監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第二預(yù)設(shè)值時，同時導(dǎo)通第二晶閘管D4和第三晶閘管D5。當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，若只采取導(dǎo)通第二晶閘管D4，支撐電容C通過短路的第一開關(guān)管Tl-第二晶閘管D4迅速放電，此時過大的電流可能會損壞第一開關(guān)管Tl，因此將所述第三晶閘管D5與第一二極管Dl反向并聯(lián)，在導(dǎo)通第二晶閘管D4的同時導(dǎo)通第三晶閘管D5，該大電流分流到第三晶閘管D5，保護了第一開關(guān)管Tl，防止該故障的第一開關(guān)管Tl炸裂。由上述可知，本發(fā)明實施例2提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法，還包括導(dǎo)通第三晶閘管D5，所述第三晶閘管D5分流流經(jīng)故障的第一開關(guān)管Tl的電流，防止該故障的第一開關(guān)管Tl炸裂，有效保護故障元件。在本發(fā)明實施例中，當監(jiān)測模塊判斷出子模塊電氣量滿足第一預(yù)設(shè)值時，所述第二晶閘管D4導(dǎo)通，當監(jiān)測模塊判斷出子模塊電氣量滿足第二預(yù)設(shè)值時，第三晶閘管D5導(dǎo)通，所述第一預(yù)設(shè)值和第二預(yù)設(shè)值只是用于表示第二晶閘管D4和第三晶閘管D5應(yīng)導(dǎo)通時電流的臨界值，一般情況下二者相等，但不排除個別不相等情況。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。 ·
權(quán)利要求
1.一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路，其特征在于，包括支撐電容C、均壓電阻R、第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關(guān)K、第二晶閘管D4和子模塊控制器101 ； 其中，所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl通過支撐電容C與所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El相連； 所述均壓電阻R與所述支撐電容C并聯(lián)； 所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El與所述第一二極管Dl的正極相連，所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl與所述第一二極管Dl的負極相連； 所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第二二極管D2的正極相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第二二極管D2的負極相連； 所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第一晶閘管D3的陽極相連，所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第一晶閘管D3的陰極相連； 所述第二開關(guān)管T2的集電極C2與所述第二晶閘管D4的陽極相連，所述第二開關(guān)管T2的發(fā)射極E2與所述第二晶閘管D4的陰極相連； 所述旁路開關(guān)K與所述第二晶閘管D4并聯(lián)； 所述子模塊控制器101，用于實時監(jiān)測和判斷子模塊中各電氣量及故障狀態(tài)，當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，發(fā)送控制第二開關(guān)管T2封鎖脈沖的封鎖信號和控制旁路開關(guān)K閉合的閉合信號將所述子模塊旁路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的子模塊故障保護電路，其特征在于，所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，當所述子模塊控制器101監(jiān)測到所述子模塊電氣量滿足第一預(yù)設(shè)值或第二預(yù)設(shè)值時，導(dǎo)通所述第二晶閘管D4。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的子模塊故障保護電路，其特征在于，所述子模塊控制器101包括 監(jiān)測模塊，用于實時監(jiān)測并判斷所述子模塊的電氣量及故障狀態(tài)； 第一驅(qū)動電路，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，發(fā)送控制第二開關(guān)管T2封鎖脈沖的封鎖信號； 第二驅(qū)動電路，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，發(fā)送控制旁路開關(guān)K閉合的閉合信號； 第三驅(qū)動電路，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，當所述監(jiān)測模塊監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第一預(yù)設(shè)值時，導(dǎo)通所述第二晶閘管D4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的子模塊故障保護電路，其特征在于，還包括第三晶閘管D5，所述第一開關(guān)管Tl的集電極Cl與所述第三晶閘管D5的陽極相連，所述第一開關(guān)管Tl的發(fā)射極El與所述第三晶閘管D5的陰極相連，當所述子模塊控制器101監(jiān)測得到子模塊電氣量滿足第二預(yù)設(shè)值時，所述第三晶閘管D5導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的子模塊故障保護電路，其特征在于，所述子模塊控制器101還包括 第四驅(qū)動電路，用于當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，當所述監(jiān)測模塊監(jiān)測得到所述子模塊電氣量滿足第二預(yù)設(shè)值時，導(dǎo)通所述第二晶閘管D4的同時導(dǎo)通所述第三晶閘管D5。
6.一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法，其特征在于，包括 當模塊化多電平換流器的子模塊發(fā)生第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，鎖閉第二開關(guān)管T2、導(dǎo)通第二晶閘管D4 ； 關(guān)閉旁路開關(guān)K，將所述子模塊旁路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的子模塊故障保護方法，其特征在于，還包括 當模塊化多電平換流器的子模塊發(fā)生第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管Tl短路故障時，在導(dǎo)通第二晶閘管D4的同時導(dǎo)通第三晶閘管D5。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路，當?shù)诙_關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管T1關(guān)斷，而第一開關(guān)管T1短路故障時，子模塊控制器101控制第二開關(guān)管T2封鎖脈沖和第二晶閘管D4導(dǎo)通，同時向旁路開關(guān)發(fā)送閉合信號。由于旁路開關(guān)K的動作時間較長，第二晶閘管D4的導(dǎo)通可實現(xiàn)故障子模塊的快速旁路。本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路及方法，當所述第二開關(guān)管T2開通、第一開關(guān)管T1短路故障時，能夠有效防止故障電流擴大至系統(tǒng)，保證了直流側(cè)電壓的穩(wěn)定且滿足系統(tǒng)高可靠性及安全運行要求。
文檔編號H02M1/32GK102801295SQ201210282768
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者敬華兵, 吳強, 龔芬, 唐劍釗, 鄧明, 翟文杰 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司