CN107104603A - 三电平igct变流器全开保护下的器件均流结构及方法 - Google Patents

三电平igct变流器全开保护下的器件均流结构及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法，在三电平IGCT变流器主电路的箝位回路中设置母排，箝位回路通过主电路的中间开关器件和箝位二极管。通过母排增加箝位回路的短路阻抗减少流过箝位回路的短路电流，实现主电路开关器件在全开保护下的短路电流均等。母排包括设置在主电路任意两相中性点之间的母排一。通过开设线槽、减小截面积的方式增大母排一的电阻。并通过开设彼此交错的线槽，构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构间产生互感，大部分抵消因电阻增大而增加的杂散电感。本发明能克服现有三电平IGCT变流器在全开保护下器件承受电流不均的缺陷，解决影响该保护方式下器件安全的技术问题。

Description

三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种应用于三电平IGCT变流器在全开保护下的器件均流结构及方法。
背景技术
中高压多电平大功率变流器具有高可靠性、高功率等级、高功率密度、空间体积尽量小、结构紧凑等要求，因此被广泛应用在诸多民用、工业和能源领域。其中，三电平中点箝位(Neutral Point Clamping，NPC)集成门极换流晶闸管(Intergrated Gate CommutedThyristor，IGCT)变流器因电气拓扑相对简洁、易于谐波控制、器件只承受一半的中间直流电压，在冶金、石油钻井、矿井提升机、船舶推进等产业不断推广应用。
但与采用电压型开关器件IGBT变流系统，器件故障后为断路不同，IGCT器件关断失效后器件短路，若故障保护未能及时触发，将进一步引起桥臂直通，从而导致二次故障。故障出现后，可采用封锁脉冲关闭所有器件，或采用开通变流器所有器件即全开保护方式。但IGCT变流系统采用全关保护方式存在一定的安全隐患，如：大电流冲击电抗器、IGCT、FRD(快速恢复二极管)器件易造成损坏，电容承受全桥电压击穿等。而在此基础上改进的快熔保护方式、撬棒保护方式等均增加了电路的复杂程度、故障因素及变流器成本，并且不易实现。而采用全开保护方式，即系统中某个器件故障后，将整流、逆变中的所有器件全部开通，与此同时，发出控制命令使快速断路器在一定时间内断开，由此增加整流、支撑电容、逆变的放电回路，将能量分配到各个支路，就不会存在未短路半桥电容承受全桥电压的情况，能够有效避免后续故障。可见，IGCT变流系统采用全开保护方式具有较大的优势，其有效实现将有利于系统的故障保护。
如附图1所示，为现有技术中的一种三电平中点箝位IGCT变流器中任意两相(图中为A、B两相)的主电路拓扑结构。其中，V1、V2、V3和V4为IGCT开关器件，D1、D2、D3和D4为续流二极管，D5和D6为箝位二极管，A和B分别为A、B两相的接线端，DC+和DC-为中间直流端，NP为中性点。其中，V1、V2被称为上半桥IGCT器件，V3、V4被称为下半桥IGCT器件，同时V2、V3又被称为中间开关器件。在DC+与NP之间，以及NP与DC-之间还连接有中间支撑电容，图中未示出。三电平IGCT变流器在出现桥臂直通故障后，可以采用封锁脉冲关闭所有IGCT器件，也可以采用开通所有IGCT器件即全开保护方式增加放电回路。实践表明，在故障时开通所有器件后，整流侧、支撑电容短路回路中各个支路器件承受不同的电流冲击，这种差异可能导致某个器件承受过多的能量造成损坏。而在这种情况下，若要保证器件安全，需在系统设计时对器件提出更高的要求，这不但增加了成本，而且不利于全开保护的实现。三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受的电流不均，将直接影响该保护方式下的器件安全。同时，现有技术中的母排结构通常如附图2所示。
在现有技术中，主要有以下一些文献与本发明申请相关：
现有技术1为2002年12月11日公开，公开号为CN1384593A的中国发明专利申请《6KV三电平集成门极换相晶闸管逆变器的桥臂直通保护系统》。该发明专利申请采用短路信号发生电路和短路信号接收电路，短路信号在分断断路器的同时,将所有开关器件维持在故障时刻的状态，中间支撑电容的放电电流由导通的器件承受的方案实现逆变器桥臂直通保护。
现有技术2为2010年10月27日公开，公开号为CN201616662U的中国实用新型专利《IGCT电压源型三电平中压变频器的桥臂直通保护器》。该实用新型专利同样介绍了一种桥臂直通的电路实现，增加了电抗器、晶闸管，压敏电阻及二极管等器件实现变频器桥臂直通保护。
现有技术3为2010年12月22日公开，公开号为CN101924353A的中国发明专利申请《一种高压IGCT过电流保护模块及短路电流保护方法》。该发明专利申请采用高频过电压检测电路对高频过电压进行检测，如果高频过电压超过阀值，驱动光驱动模块向外部IGCT器件输出全开通信号，同时向外部断路器输出分断电信号。
现有技术4为2014年10月29日公开，公开号为CN104124674A的中国发明专利申请《一种基于IGCT半导体开关器件的短路电流限制方法》。该发明专利申请短路电流限制方法基于IGCT器件，并且增加了ZnO、电容等器件。
现有技术5为2014年8月13日公开，公开号为CN203775064U的中国实用新型专利《带短路保护的模块化多电平变流模块装置》。该实用新型专利采用旁路开关的实现方式，在发生桥臂短路故障后通过导通旁路来实现变流模块的短路保护。
从以上分析可以看出，上述现有技术1～5都没有提出克服三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受电流不均这一技术缺陷的方案，以解决影响该保护方式下器件安全性不一致的技术问题。同时，现有技术1～5都需要在变流器的主电路中增加检测电路和/或保护部件，这不但不会导致电路结构复杂、成本提高、可靠性降低，而且还会因为变流器主电路结构的改变影响变流器正常工作时的特性。
发明内容
有鉴于上述背景，本发明的目的在于提供一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法，克服现有三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受电流不均的技术缺陷，从而解决影响该保护方式下器件安全性不一致的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构的技术实现方案，一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，所述三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通过所述三电平IGCT变流器主电路的中间开关器件和箝位二极管。所述器件均流结构包括：在所述箝位回路中设置的母排，通过所述母排增加所述箝位回路的短路阻抗以减少流过所述箝位回路的短路电流，实现所述三电平IGCT变流器主电路中的开关器件在全开保护下的短路电流均等。
优选的，所述母排包括设置在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中性点之间的母排一。
优选的，所述母排还包括设置在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中间开关器件与箝位二极管之间的母排二。
优选的，通过所述母排二将所述三电平IGCT变流器主电路中的包括开关器件的支路、包括续流二极管的支路，以及包括箝位二极管的支路连接在一起。
优选的，在所述母排一中开设有线槽，通过增加流过所述母排一的电流路径长度增大所述母排一的电阻。
优选的，在所述母排一中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将所述母排一分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过母排结构时相邻路径间产生互感，从而抵消由于所述母排一的电流路径长度增大而增加的杂散电感。
优选的，通过减小所述母排一的横截面积增大所述母排一的电阻。
优选的，在所述母排一中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将所述母排一分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过母排结构时相邻路径间产生互感，从而抵消由于所述母排一的电流路径长度增大，以及横截面积减小而增加的杂散电感。
优选的，所述线槽包括自所述母排一端部的一侧沿所述母排一宽度方向开设至靠近该端部另一侧的线槽一，以及自所述线槽一沿所述母排一长度方向开设至所述母排一另一端部的一条以上的线槽二，所述线槽一连通所述线槽二。所述母排一开设有两个所述线槽，两个线槽沿所述母排一长度方向相对交错布置且不相接触，将所述母排一分割为往复折返式的母排结构，通过两个线槽在所述母排一两端的接点之间形成唯一的往复折返式电流路径，在增加所述母排一的电流路径长度的基础上使母排结构的相邻路径间在流过电流时产生互感，以减小所述母排一的杂散电感。
本发明还另外具体提供了一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法的技术实现方案，一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，所述三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通过所述三电平IGCT变流器主电路的中间开关器件和箝位二极管。所述方法包括在所述箝位回路中设置母排，通过所述母排增加所述箝位回路的短路阻抗以减少流过所述箝位回路的短路电流，实现所述三电平IGCT变流器主电路中的开关器件在全开保护下的短路电流均等。
优选的，所述设置母排的步骤包括在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中性点之间设置母排一。
优选的，所述设置母排的步骤还包括在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中间开关器件与箝位二极管之间设置母排二。
优选的，所述方法还包括通过线切割在所述母排一中开设线槽增加流过所述母排一的电流路径长度，以增大所述母排一的电阻。
优选的，通过在所述母排一中沿电流方向开设彼此交错的线槽，将所述母排一分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排时相邻路径间产生互感，从而抵消由于所述母排一的电流路径长度增大而增加的杂散电感。
优选的，所述方法还包括通过减小所述母排一的横截面积增大所述母排一的电阻。
优选的，通过在所述母排一中沿电流方向开设彼此交错的线槽，将所述母排一分割为往复折返式结构的母排，以构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构的相邻路径间产生互感，从而抵消由于所述母排一的电流路径长度增大，以及横截面积减小而增加的杂散电感。
优选的，自所述母排一端部的一侧沿所述母排一宽度方向朝靠近该端部的另一侧开设线槽一，自所述线槽一沿所述母排一长度方向朝所述母排一的另一端部开设一条以上的线槽二，所述线槽一和线槽二相互连通形成线槽。在所述母排一开设两个所述线槽，两个线槽沿所述母排一长度方向相对交错布置且不相接触，将所述母排一分割为往复折返式的母排结构，通过两个线槽在所述母排一两端的接点之间形成唯一的往复折返式电流路径，在增加所述母排一的电流路径长度的基础上使母排结构的相邻路径间在流过电流时产生互感，以减小所述母排一的杂散电感。
通过实施上述本发明提供的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法的技术方案，具有如下有益效果：
(1)本发明能够克服现有三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受电流不均的技术缺陷，从而解决影响该保护方式下器件安全性不一致的技术问题；
(2)本发明通过采用NP母排增加箝位回路中的电阻，相较于其它增加电阻的方式，如选择更大导通电阻的器件等方式，方法简单、易于实现，而且成本更低；
(3)本发明采用母排线切割的方式增加母排的电阻，可以有效地保证模块母排、柜体中的母排外轮廓一致，不影响模块和柜体的美观性；
(4)本发明实现方式灵活，可以很好地满足不同功率等级的系统要求，具有普遍的适用性，同时电路结构简洁，不影响变流器正常工作时的特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1是现有技术中一种三电平中点箝位IGCT变流器的主电路拓扑结构图；
图2是现有技术中母排的结构示意图；
图3是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下当VA＞VB时两相之间整流短路回路的示意图；
图4是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下当VA＜VB时两相之间整流短路回路的示意图；
图5是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下V1～V4支撑电容放电的I2*t波形图；
图6是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下V1～V4整流侧放电的I2*t波形图；
图7是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下的短路回路等效电路图；
图8是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下当VA＜VB时A、B两相的母排连接结构示意图；
图9是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下当VA＜VB时A、B两相的母排连接结构示意图；
图10是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下母排一和母排三的杂散电感对器件开关性能影响的示意图；
图11是本发明中三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下母排二的杂散电感对器件开关性能影响的示意图；
图12是本发明三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构一种具体实施方式中的母排结构示意图；
图13是三电平IGCT变流器主电路增加箝位支路阻抗后在全开保护下V1～V4的器件电流冲击波形示意图；
图14是三电平IGCT变流器主电路未增加箝位支路阻抗在全开保护下V1～V4的器件电流冲击波形示意图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
全开保护方式：当变流器出现桥臂短路故障后，将整流侧和逆变侧所有IGCT器件均开通的保护方法；
箝位回路：特指在全开保护方式下箝位二极管所在的放电支路，如附图3中A相模块的开关器件V3、箝位二极管D6与B相模块的开关器件V2、箝位二极管D5构成的回路；
续流回路：特指在全开保护方式下续流二极管(或IGCT反并二极管)所在的放电支路，如附图3中A相模块的续流二极管D1、D2与B相模块的开关器件V1、V2构成的回路。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图3至附图14所示，给出了本发明三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
三电平IGCT变流器在全开保护方式下开关器件承受的电流不均，将直接影响在该保护方式下的器件安全。本发明下述具体实施例的技术方案要解决在器件全开保护方式下的开关器件(在本发明具体实施例中即为IGCT器件)均流问题，即使得开关器件承受的电流冲击基本相等，所有器件处在相同的安全范围内，将更加有利于全开保护方式的实现。下面，将通过详细分析三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路参数、路径和器件参数等因素，提出一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法。
如附图3和附图4中加粗线路部分所示，分别详细描述了三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下，当VA＞VB时，以及VA＜VB时A、B两相的短路回路，同理可以推导得出B、C两相，以及A、C两相的短路回路应与A、B两相时类似。从图中分析可以得出，其短路回路可归纳为两类：一条通过续流二极管和上半桥或下半桥的IGCT器件，称之为续流回路，如附图3中所示A相模块的续流二极管D1、D2与B相模块的开关器件V1、V2构成的回路。另一条通过中间开关(IGCT)器件(即附图3和4中所示的V2、V3)与箝位二极管(即附图3和4中所示的D5、D6)，称之为箝位回路，如附图3中所示A相模块的开关器件V3、箝位二极管D6与B相模块的开关器件V2、箝位二极管D5构成的回路。如附图3中所示B相模块的续流二极管D3、D4与A相模块的开关器件V3、V4构成的回路为当VA＞VB时的又一条续流回路。三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下，当VA＜VB时短路回路中的两条续流回路如附图4所示。短路电流大小的分布取决于每条路径的回路阻抗，包括器件的导通电阻与线路阻抗，由于两条短路电流路径均通过内管IGCT器件(即附图3和4中所示的V2、V3)，因此不难推出内管IGCT器件承受的短路电流大于外管IGCT器件(即附图3和4中所示的V1、V4)，即内管IGCT器件承受了更多的短路电流，因此在全触发保护下最有可能损坏。
如附图5和附图6所示的三电平中点箝位IGCT变流器主电路在全开保护下V1～V4支撑电容放电，以及整流侧放电的I2*t波形图表明了上述分析的正确性，并且说明了中间支撑电容的电容冲击对于各个器件来说都是相同的，器件之间的电流冲击差异主要来自于变流器整流侧的放电。
如附图7所示为等效二极管(ED)代表不同功率器件在短路回路中的组合。其中，每个等效二极管分别代表如下含义：
EDQF：2个续流二极管和1个IGCT；
EDC：2个箝位二极管；
EDQ：1个IGCT。
同时，短路回路中的每个功率半导体器件(IGCT)可以由一个电压源和一个体电阻代替，放电回路可以采用如下关系式表述：
Isc＝Iqf+Iq (1)
Icd＝Iq-Iqf (2)
在短路回路中，根据基尔霍夫电压定律，有如下关系：
Vqf+IqfRqf＝Vq+Vcd+IqRq+IcdRcd (3)
由于Vqf＝Vq+Vcd，化简上式可得：
其中，如附图7所示，Isc为相电流，Iqf、Icd、Iq分别为流过相应等效二极管(ED)的电流，Vqf、Vcd、Vq分别为相应等效二极管(ED)的电压，Rqf、Rcd、Rq分别为相应等效二极管(ED)的等效电阻，ρ为Iq、Iqf的比值。从以上分析可以看出，为使IGCT器件实现全开保护下的短路电流均等，实质上应当使得Iqf与Iq尽可能相等。要达到此目的，就应当使电流尽可能少的流过箝位回路。而由欧姆定律可知，应当通过增加箝位回路的短路阻抗来实现这一目的。
一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构的具体实施例，三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，箝位回路通过三电平IGCT变流器主电路的中间开关(IGCT)器件V2、V3和箝位二极管D5、D6。箝位回路为如附图3中所示A相模块的开关器件V3、箝位二极管D6与B相模块的开关器件V2、箝位二极管D5构成的回路。器件均流结构包括：在箝位回路中设置的母排，通过母排增加箝位回路的短路阻抗以减少流过箝位回路的短路电流，实现三电平IGCT变流器主电路中的开关器件(即IGCT器件)在全开保护下的短路电流均等。母排包括设置在三电平IGCT变流器主电路任意两相中性点之间的母排一1，如附图8和附图9中所示的c1点和d1点之间。母排还包括设置在三电平IGCT变流器主电路任意两相中间开关器件与箝位二极管之间的母排二2，如附图8中的a1点和b1点之间，e1点和f1点之间，以及附图9中的a2点和b2点之间，e2点和f2点之间。
以附图1所示的一种三串压接式变流器模块为例，进一步分析箝位回路的路径，其中V1、V2、V3、V4与D1、D2、D3、D4分别为两串单独的器件，中间通过母排连接，D5、D6为另一串器件，如附图8和附图9所示为器件的连接关系示意图，通过母排二2将上述三串器件连接在一起。另外，两个模块之间的中点通过NP(Neutral Point)采用母排一1连接在一起，因此增加箝位回路的阻抗可通过改变母排一1和母排二2的结构实现。
作为本发明一种典型的具体实施例，通过母排二2将三电平IGCT变流器主电路中的包括开关器件V1、V2、V3和V4的支路，包括续流二极管D1、D2、D3和D4的支路，以及包括箝位二极管D5、D6的支路连接在一起。增加母排电阻的方法为：在母排一1中开设有线槽，通过增加流过母排一1的电流路径长度增大母排一1的电阻。同时，通过减小母排一1的横截面积也可以显著地增大母排一1的电阻。
但改变阻抗所引起的杂散电感变化，将对器件的开关特性产生影响。改变阻抗时有以下前提条件：首先，阻抗增加所引起的杂散电感变化应当尽可能小。其次，优先选择杂散电感变化后对器件开关特性影响不大的母排。
尽量减小增加母排电阻时引起的杂散电感增大方法为：在母排一1中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将母排一1分割为往复折返式的母排结构，以此构建来回相反的电流路径，电流流过母排结构时将产生互感，从而大部分抵消由于母排一1的电流路径长度增大，以及横截面积减小而增加的杂散电感，整体实现杂散电感的较小变化。
作为本发明一种较佳的具体实施例，线槽包括自母排一1端部的一侧沿母排一1宽度方向(如附图12中H所示方向)开设至靠近该端部另一侧的线槽一11，以及自线槽一11沿母排一1长度方向(如附图12中L所示方向)开设至母排一1另一端部的一条以上的线槽二12，线槽一11连通线槽二12。母排一1开设有两个线槽，两个线槽沿母排一1长度方向相对交错布置且不相接触，将母排一1分割为往复折返式的母排结构，通过两个线槽在母排一1两端的接点13之间形成唯一的往复折返式电流路径，在增加母排一1的电流路径长度的基础上使母排结构的相邻路径间在流过电流时产生互感，以减小母排一1的杂散电感。
如附图10和附图11所示，分别测试了母排一1与母排二2的杂散电感对系统器件开关性能的影响，以L5与L7分别代表母排二2与母排一1的杂散电感，初始状态下IGCT器件导通，电流通过阻抗负载续流，某一时刻IGCT器件关断，阻感负载通过续流二极管续流，分别比较杂散电感对器件关断性能的影响。从附图中可以看出，L5对系统器件开关性能的影响更大，即母排二2的杂散电感对系统器件开关性能的影响更大。在图中，虚线代表加入杂散电感后器件的关断特性，表明系统IGCT器件关断电压VDSP对母排二2的杂散电感十分敏感，在实际应用中应当尽量减小母排二2的杂散电感，而母排一1主要影响器件关断峰值电压VDM，且影响较小。因此，采用增加母排一1阻抗的方式，能够达到整流侧短路电流的均流效果，实现全触发保护下的器件均流。
如附图12为经过本发明具体实施例描述的技术方案改造后的母排结构示意图，经ANSOFTQ3d软件仿真和实际使用情况测得改造前后的母排阻抗对比如下表1所示。如附图13和附图14所示，可以得出采用本发明具体实施例描述的技术方案前后的器件短路电流冲击的对比，V1、V2、V3和V4所指分别为相应开关器件的电流冲击波形。
表1改造前后母排阻抗对比
本发明具体实施例通过对三电平IGCT变流器主电路进行分析，确定了改善的短路回路支路，本发明上述具体实施例描述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构通过采用一种改变变流模块中点箝位(NP)母排结构的技术方案，使得三电平IGCT变流器在全开保护方式下的短路电流重新分配，实现了器件承受的短路电流均等，从而使得器件处于同一安全范围内，确保全开保护方式能够有效地实现。
一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法的具体实施例，三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，箝位回路通过三电平IGCT变流器主电路的中间开关(IGCT)器件和箝位二极管。器件均流方法包括在箝位回路中设置母排，通过母排增加箝位回路的短路阻抗以减少流过箝位回路的短路电流，实现三电平IGCT变流器主电路中的开关器件在全开保护下的短路电流均等。
设置母排的步骤包括在三电平IGCT变流器主电路任意两相中性点之间设置母排一1。
设置母排的步骤还包括在三电平IGCT变流器主电路任意两相中间开关器件与箝位二极管之间设置母排二2。
方法还包括通过线切割在母排一1中开设线槽增加流过母排一1的电流路径长度，以增大母排一1的电阻。通过在母排一1中沿电流方向开设彼此交错的线槽，将母排一1分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使相邻母排结构间产生互感，从而抵消大部分由于母排一1的电流路径长度增大而增加的杂散电感。
方法还包括通过减小母排一1的横截面积增大母排一1的电阻。通过在母排一1中沿电流方向开设彼此交错的线槽，将母排一1分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过母排结构时相邻路径间产生互感，从而抵消大部分由于母排一1的电流路径长度增大，以及横截面积减小而增加的杂散电感。
自母排一1端部的一侧沿母排一1宽度方向(如附图12中H所示方向)朝靠近该端部的另一侧开设线槽一11，自线槽一11沿母排一1长度方向朝母排一1的另一端部开设一条以上的线槽二12，线槽一11和线槽二12相互连通形成线槽。在母排一1开设两个线槽，两个线槽沿母排一1长度方向相对交错布置且不相接触，将母排一1分割为往复折返式的母排结构，通过两个线槽在母排一1两端的接点13之间形成唯一的往复折返式电流路径，在增加母排一1的电流路径长度的基础上使母排结构的相邻路径间在流过电流时产生互感，以减小母排一1的杂散电感。
上述本发明具体实施例描述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法虽然给出了一种三电平IGCT变流器在全开保护模式下实现器件均流的结构和方法，但并非用于限制本专利的范围。根据本发明具体实施例所描述的选择母排的方法，以及增加母排电阻和保证母排杂散电感较小变化方法的其它实现形式均在本专利请求保护的范围内。
通过实施本发明具体实施例描述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法的技术方案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法能够克服现有三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受电流不均的技术缺陷，从而解决影响该保护方式下器件安全性不一致的技术问题；
(2)本发明具体实施例描述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法通过采用NP母排增加箝位回路中的电阻，相较于其它增加电阻的方式，如选择更大导通电阻的器件等方式，方法简单、易于实现，而且成本更低；
(3)本发明具体实施例描述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法采用母排线切割的方式增加母排的电阻，可以有效地保证模块母排、柜体中的母排外轮廓一致，不影响模块和柜体的美观性；
(4)本发明具体实施例描述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法实现方式灵活，可以很好地满足不同功率等级的系统要求，具有普遍的适用性，同时电路结构简洁，不影响变流器正常工作时的特性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (17)

1.一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通过所述三电平IGCT变流器主电路的中间开关器件和箝位二极管；所述器件均流结构包括在所述箝位回路中设置的母排，通过所述母排增加所述箝位回路的短路阻抗以减少流过所述箝位回路的短路电流，实现所述三电平IGCT变流器主电路中的开关器件在全开保护下的短路电流均等。
2.根据权利要求1所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述母排包括设置在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中性点之间的母排一(1)。
3.根据权利要求2所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述母排还包括设置在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中间开关器件与箝位二极管之间的母排二(2)。
4.根据权利要求3所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：通过所述母排二(2)将所述三电平IGCT变流器主电路中的包括开关器件(V1、V2、V3、V4)的支路、包括续流二极管(D1、D2、D3、D4)的支路，以及包括箝位二极管(D5、D6)的支路连接在一起。
5.根据权利要求2、3或4中任一项所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：在所述母排一(1)中开设有线槽，通过增加流过所述母排一(1)的电流路径长度增大所述母排一(1)的电阻。
6.根据权利要求5所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：在所述母排一(1)中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构间产生互感，从而抵消由于所述母排一(1)的电流路径长度增大而增加的杂散电感。
7.根据权利要求5所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：通过减小所述母排一(1)的横截面积增大所述母排一(1)的电阻。
8.根据权利要求7所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：在所述母排一(1)中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构间产生互感，从而抵消由于所述母排一(1)的电流路径长度增大，以及横截面积减小而增加的杂散电感。
9.根据权利要求2、3、4、6、7或8中任一项所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述线槽包括自所述母排一(1)端部的一侧沿所述母排一(1)宽度方向开设至靠近该端部另一侧的线槽一(11)，以及自所述线槽一(11)沿所述母排一(1)长度方向开设至所述母排一(1)另一端部的一条以上的线槽二(12)，所述线槽一(11)连通所述线槽二(12)；所述母排一(1)开设有两个所述线槽，两个线槽沿所述母排一(1)长度方向相对交错布置且不相接触，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，通过两个线槽在所述母排一(1)两端的接点(13)之间形成唯一的往复折返式电流路径，在增加所述母排一(1)的电流路径长度的基础上使相邻路径的母排结构在流过电流时产生互感，以减小所述母排一(1)的杂散电感。
10.一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，其特征在于：所述三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通过所述三电平IGCT变流器主电路的中间开关器件和箝位二极管；所述方法包括在所述箝位回路中设置母排，通过所述母排增加所述箝位回路的短路阻抗以减少流过所述箝位回路的短路电流，实现所述三电平IGCT变流器主电路中的开关器件在全开保护下的短路电流均等。
11.根据权利要求10所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，其特征在于：所述设置母排的步骤包括在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中性点之间设置母排一(1)。
12.根据权利要求11所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，其特征在于：所述设置母排的步骤还包括在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中间开关器件与箝位二极管之间设置母排二(2)。
13.根据权利要求11或12所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，其特征在于：所述方法还包括通过线切割在所述母排一(1)中开设线槽增加流过所述母排一(1)的电流路径长度，以增大所述母排一(1)的电阻。
14.根据权利要求13所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，其特征在于：通过在所述母排一(1)中沿电流方向开设彼此交错的线槽，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构间产生互感，从而抵消由于所述母排一(1)的电流路径长度增大而增加的杂散电感。
15.根据权利要求13所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，其特征在于：所述方法还包括通过减小所述母排一(1)的横截面积增大所述母排一(1)的电阻。
16.根据权利要求15所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，其特征在于：通过在所述母排一(1)中沿电流方向开设彼此交错的线槽，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过母排结构时在相邻路径间产生互感，从而抵消由于所述母排一(1)的电流路径长度增大，以及横截面积减小而增加的杂散电感。
17.根据权利要求11、12、14、15或16中任一项所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流方法，其特征在于：自所述母排一(1)端部的一侧沿所述母排一(1)宽度方向朝靠近该端部的另一侧开设线槽一(11)，自所述线槽一(11)沿所述母排一(1)长度方向朝所述母排一(1)的另一端部开设一条以上的线槽二(12)，所述线槽一(11)和线槽二(12)相互连通形成线槽；在所述母排一(1)开设两个所述线槽，两个线槽沿所述母排一(1)长度方向相对交错布置且不相接触，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，通过两个线槽在所述母排一(1)两端的接点(13)之间形成唯一的往复折返式电流路径，在增加所述母排一(1)的电流路径长度的基础上使母排结构的相邻路径间在电流流过时产生互感，以减小所述母排一(1)的杂散电感。
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