CN106849635B - 级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路 - Google Patents

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Abstract

一种级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路，由强制旁路开关KF、常闭触点继电器Q1、常闭触点继电器Q2、旁路电路充电电阻R1、旁路电路储能电容CF、旁路电路二极管DX、旁路电路二极管DY构成。当子模块处于正常受控状态时，强制旁路电路中的强制旁路开关KF处于断开状态，不影响子模块正常运行；当子模块因子模块取能电源、子模块控制板故障等处于失控状态时，强制旁路电路中的强制旁路开关自动闭合将子模块旁路，从而保护子模块电路，避免因子模块失控而影响整个级联多电平换流器的正常工作。

Description

级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路
技术领域
本发明涉及一种级联多电平换流器子模块因内部的取能电源、控制电路等故障而失控的强制旁路电路。
背景技术
级联多电平换流器，如级联H桥型(cascaded H-bridge，CHB)换流器、模块化多电平换流器(modularmultilevel converter，MMC)等在高压大功率电能变换领域具有广泛的应用，例如高压交流输电、高压直流输电、无功补偿、谐波治理、智能电网等。
为了实现换流器的高可靠性，级联多电平换流器的基本单元—子模块一般都设计有自动旁路功能，即在子模块内部故障时将其旁路，以保护故障的子模块并避免影响其余的级联子模块正常运行。发明专利CN101378227B、CN101882863B等提出了全桥型子模块(或称功率单元)的旁路电路；发明专利CN103354231B、CN102801295A等提出了半桥型子模块的旁路电路。但是，子模块中的旁路功能一般由其内部的子模块控制板实现，当控制板出现故障，例如芯片损坏或者给子模块控制板供电的电源出现故障，则子模块将会处于失控状态，其自动旁路功能也会失效。当子模块控制板或者取能电源故障时，发明专利CN101378227B、CN101882863B中的晶闸管将无法获得子模块控制板的控制信号，也就无法触发晶闸管使子模块旁路；而发明专利CN103354231B、CN102801295A中的机械式旁路开关也无法获得子模块控制板的触发指令，子模块也无法旁路。
当级联多电平换流器长期运行时，其子模块内部的电源、控制板等由于老化等原因总是存在一定的失效概率。而当其故障之后将会导致子模块处于失控状态，使得子模块无法自动旁路，会直接影响整个换流器运行的可靠性和安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有级联多电平换流器现有子模块旁路的缺点，提出一种级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路。当子模块因内部取能电源、控制电路等故障而失控后，本发明可将其强制旁路，以提高级联多电平换流器系统运行的可靠性和安全性。
应用本发明级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路的子模块一般由半导体开关电路、子模块旁路开关KB、子模块储能电容CSM、子模块取能电源和子模块控制板组成。子模块旁路开关KB并联连接在子模块正极输出端子P和子模块负极输出端子N之间，子模块正极输出端子P和子模块负极输出端子N连接到半导体开关电路交流侧，半导体开关电路直流侧连接到子模块储能电容CSM的正负极上，子模块取能电源的输入端并联连接到子模块储能电容CSM的正负极上，子模块取能电源的输出端连接到子模块控制板为其提供电源。所述的子模块失控强制旁路电路由强制旁路开关KF、第一常闭触点继电器Q1、第二常闭触点继电器Q2、旁路电路充电电阻R1、旁路电路储能电容CF、旁路电路二极管DX、旁路电路二极管DY构成。
所述的子模块失控强制旁路电路与子模块通过电气线路以及控制线路相连。强制旁路开关KF的两端分别与子模块正极输出端子P、子模块负极输出端子N相连。第一常闭触点继电器Q1、第二常闭触点继电器Q2通过控制线路分别与子模块控制板相连。旁路电路储能电容CF、旁路电路二极管DX、旁路电路二极管DY共同构成半桥整流电路，旁路电路二极管DX的阴极连接到旁路电路储能电容CF的正极，旁路电路二极管Dy的阳极连接到旁路电路储能电容CF的负极，旁路电路二极管DX的阳极和旁路电路二极管Dy的阴极连接在一起作为半桥整流电路交流输入端子G。旁路电路充电电阻R1的一端与半桥整流电路交流输入端子G相连，旁路电路充电电阻R1的另一端与子模块负极输出端子N相连。第一常闭触点继电器Q1的一端与子模块正极输出端子P相连，第一常闭触点继电器Q1的另一端与半桥整流电路负极F相连。第二常闭触点继电器Q2的一端与半桥整流电路正极E相连，第二常闭触点继电器Q2的另一端与强制旁路开关KF的触点控制线圈相连。强制旁路开关KF触点控制线圈的另一端与半桥整流电路负极F相连。
所述的用于级联多电平换流器子模块失控后的强制旁路电路中的第一常闭触点继电器Q1、第二常闭触点继电器Q2通过控制线路接收子模块控制板的控制信号。当子模块中的子模块取能电源和子模块控制板均处于正常状态时，第一常闭触点继电器Q1和第二常闭触点继电器Q2均处于断开状态，使得子模块失控强制旁路电路中的旁路电路储能电容CF无法充电，强制旁路开关KF也无法闭合，不影响子模块的正常工作。
所述的用于级联多电平换流器子模块失控后的强制旁路电路中，当子模块因子模块取能电源故障、子模块控制板故障等处于失控状态时，子模块强制旁路电路中的第一常闭触点继电器Q1和第二常闭触点继电器Q2因无法获得子模块控制板发出的开断信号而处于闭合状态，使得子模块失控强制旁路电路中的旁路电路储能电容CF通过旁路电路充电电阻R1、旁路电路二极管DX、DY一直充电，当旁路电路储能电容CF的电压达到强制旁路开关KF的工作电压，则强制旁路开关KF闭合，达到强迫旁路子模块而不影响级联多电平换流器其余子模块运行的目的。
附图说明
图1为本发明级联多电平换流器子模块失控后的强制旁路电路；
图2为本发明应用于子模块中的半导体开关电路为半桥型时的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图2为本发明应用于半桥型子模块，即子模块中的半导体开关电路为半桥型时的电路原理图。该半桥型子模块由半导体开关器件S1、S2、二极管D1、D2、子模块旁路开关KB、子模块储能电容CSM、子模块取能电源和子模块控制板组成。所述的子模块失控强制旁路电路由强制旁路开关KF、常闭触点继电器Q1、常闭触点继电器Q2、旁路电路充电电阻R1、旁路电路储能电容CF、旁路电路二极管DX、旁路电路二极管DY构成。
所述的半桥型子模块中的半导体开关器件S1的发射极和S2的集电极连接在一起作为子模块的输出端子P；半导体开关器件S2的发射极连接到子模块储能电容CSM的负极，半导体开关器件S1的集电极连接子模块储能电容CSM的正极，子模块储能电容CSM的负极作为子模块的输出端子N；子模块旁路开关KB并联连接到子模块输出端子P和N之间；二极管D1的阴极连接到半导体开关器件S1的集电极，二极管D1的阳极连接到半导体开关器件S1的发射极，二极管D2的阴极连接到半导体开关器件S2的集电极，二极管D2的阳极连接到半导体开关器件S2的发射极；子模块取能电源的输入端并联连接到子模块储能电容CSM的正负极上，子模块取能电源的输出端连接到子模块控制板为其提供电源。
所述的半桥型子模块失控强制旁路电路与子模块通过电气线路以及控制线路相连。强制旁路开关KF的两端分别与子模块正极输出端子P、子模块负极输出端子N相连。第一常闭触点继电器Q1、第二常闭触点继电器Q2通过控制线路与子模块控制板相连。旁路电路储能电容CF、旁路电路二极管DX、旁路电路二极管DY共同构成半桥整流电路，旁路电路二极管DX的阴极连接到旁路电路储能电容CF的正极，旁路电路二极管Dy的阳极连接到旁路电路储能电容CF的负极,旁路电路二极管DX的阳极和旁路电路二极管Dy的阴极连接在一起作为半桥整流电路交流输入端子G。强制旁路电路充电电阻R1一端与半桥整流电路交流输入端子G相连，另一端与子模块负极输出端子N相连。第一常闭触点继电器Q1的一端与子模块正极输出端子P相连，第一常闭触点继电器Q1的另一端与半桥整流电路负极F相连。第二常闭触点继电器Q2的一端与半桥整流电路正极E相连，第二常闭触点继电器Q2的另一端与强制旁路开关KF的触点控制线圈相连。强制旁路开关KF的触点控制线圈的另一端与半桥整流电路负极F相连。
所述的用于级联多电平换流器半桥型子模块失控后的强制旁路电路中的第一常闭触点继电器Q1、第二常闭触点继电器Q2通过控制线路接受子模块控制板的控制信号。当子模块中的子模块取能电源和子模块控制板均处于正常状态时，第一常闭触点继电器Q1和第二常闭触点继电器Q2均处于断开状态，使得子模块失控强制旁路电路中的旁路电路储能电容CF无法充电，强制旁路开关KF也无法闭合，不影响子模块的正常工作。
所述的用于级联多电平换流器半桥型子模块失控后的强制旁路电路中，当子模块因子模块取能电源故障、子模块控制板故障等处于失控状态时，第一常闭触点继电器Q1和第二常闭触点继电器Q2因无法获得子模块控制板发出的开断信号而处于闭合状态，使得旁路电路储能电容CF通过旁路电路充电电阻R1、旁路电路二极管DX、DY一直充电，当旁路电路储能电容CF的电压达到强制旁路开关KF的工作电压，则强制旁路开关KF闭合。通过调整子模块失控强制旁路电路中充电电阻R1的阻值可以调整子模块失控后从旁路电路储能电容CF开始充电到强制旁路开关KF闭合的时间长短，以满足不同的设计需求。本发明也适用于子模块中的半导体开关电路为全桥型、逆阻型等类型的电路。

Claims (3)

1.一种级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路，所述的子模块由半导体开关电路、子模块旁路开关KB、子模块储能电容CSM、子模块取能电源和子模块控制板组成；子模块旁路开关KB并联连接在子模块正极输出端子P和子模块负极输出端子N之间，子模块正极输出端子P和子模块负极输出端子N连接到半导体开关电路交流侧，半导体开关电路直流侧连接到子模块储能电容CSM的正负极上，子模块取能电源的输入端并联连接到子模块储能电容CSM的正负极上，子模块取能电源的输出端连接到子模块控制板为其提供电源，其特征在于：所述的子模块失控强制旁路电路由强制旁路开关KF、第一常闭触点继电器Q1、第二常闭触点继电器Q2、旁路电路充电电阻R1、旁路电路储能电容CF、旁路电路二极管DX，以及旁路电路二极管DY构成；所述的子模块失控强制旁路电路与子模块通过电气线路以及控制线路相连；强制旁路开关KF的两端分别与子模块正极输出端子P、子模块负极输出端子N相连；第一常闭触点继电器Q1和第二常闭触点继电器Q2通过控制线路与子模块控制板相连；旁路电路储能电容CF、旁路电路二极管DX、旁路电路二极管DY共同构成半桥整流电路，旁路电路二极管DX的阴极连接到旁路电路储能电容CF的正极，旁路电路二极管Dy的阳极连接到旁路电路储能电容CF的负极，旁路电路二极管DX的阳极和旁路电路二极管Dy的阴极连接在一起作为半桥整流电路交流输入端子G；旁路电路充电电阻R1的一端与半桥整流电路交流输入端子G相连，旁路电路充电电阻R1的另一端与子模块负极输出端子N相连；第一常闭触点继电器Q1的一端与子模块正极输出端子P相连，第一常闭触点继电器Q1的另一端与半桥整流电路负极F相连；第二常闭触点继电器Q2的一端与半桥整流电路正极E相连，第二常闭触点继电器Q2的另一端与强制旁路开关KF的触点控制线圈相连；强制旁路开关KF的触点控制线圈的另一端与半桥整流电路负极F相连。
2.如权利要求1所述的级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路，其特征在于：所述的子模块失控强制旁路电路的第一常闭触点继电器Q1和第二常闭触点继电器Q2通过控制线路接收子模块控制板的控制信号；当子模块中的子模块取能电源和子模块控制板均处于正常状态时，第一常闭触点继电器Q1和第二常闭触点继电器Q2均处于断开状态，使得子模块失控强制旁路电路中的旁路电路储能电容CF无法充电，强制旁路开关KF无法闭合，不影响子模块的正常工作。
3.如权利要求1所述的级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路，其特征在于：所述的子模块因子模块取能电源故障、子模块控制板故障处于失控状态时，子模块强制旁路电路中的第一常闭触点继电器Q1和第二常闭触点继电器Q2因无法获得子模块控制板发出的开断信号而处于闭合状态，使得子模块失控强制旁路电路中的旁路电路储能电容CF通过旁路电路充电电阻R1、旁路电路二极管DX、DY一直充电，当旁路电路储能电容CF的电压达到强制旁路开关KF的工作电压则强制旁路开关KF闭合，强迫子模块旁路。
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