CN111786574A - 换流阀桥臂阻尼模块的取能电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供换流阀桥臂阻尼模块的取能电路及其控制方法。所述换流阀桥臂阻尼模块的取能电路中，阻尼模块包括并联连接的阻尼电阻、功率半导体开关和旁路开关，所述换流阀还包括正常子模块，所述正常子模块包括功率电容、功率半导体单元和功率旁路开关，所述阻尼模块和所述正常子模块串联连接，其特征在于，所述阻尼模块还包括取能电容、第一阻断二极管、电源单元和控制单元，所述电源单元从所述取能电容取得电能，为所述控制单元供电；所述第一阻断二极管的阳极连接相邻正常子模块功率电容的正极,所述取能电容的正极连接所述第一阻断二极管的阴极，所述取能电容的负极连接所述阻尼模块阻尼电阻的一端。

Description

换流阀桥臂阻尼模块的取能电路及其控制方法

技术领域

本申请涉及电力电子领域，特别涉及换流阀桥臂阻尼模块的取能电路及其控制方法。

背景技术

在换流阀桥臂中加入阻尼模块，在系统直流侧发生故障后，快速闭锁阻尼模块内部的开关管，投入阻尼电阻，可以有效抑制直流短路电流的上升率和加快交流侧断路器跳开后故障电流的快速衰减，进而可以实现柔性直流系统的故障快速恢复。

因阻尼模块自身未配置存储能量的功率电容，必须从相邻正常子模块功率电容取能，设计高可靠性、低成本的取能电路是非常重要的应用需求。

现有技术中目前常用的技术方案为阻尼模块电源系统直接从相邻高电位子模块功率电容取能，取能输入为单一回路，可靠性不高，同时由于子模块功率电容电压较高，导致阻尼模块电源系统输入电压高，绝缘成本高。

也有技术方案提出双路输入取能方案，由相邻高电位和低电位子模块分别配置高压隔离电源，两个高压隔离电源输出的低压电路并联向阻尼模块控制回路供电，如专利CN105281545B-一种柔性直流换流阀及其阻尼模块取能电路中提出的解决方案。该方案主要存在的缺陷在于：(1)高电位子模块和低电位子模块分别配置高压电源，两个高压电源串联承受高电位子模块和低电位子模块之间的电位差，此外由于子模块功率电容电压纹波的存在，最严酷工况下，需要耐受两倍的功率电容压差，导致高压电源绝缘成本较高。(2)高电位子模块和低电位子模块分别配置高压电源，两个高压电源输出侧并接，必然要求高压电源采用隔离型多绕组结构，绕组原边为功率电容输入高电压，绕组多个副边分别向子模块自身控制回路和阻尼模块控制回路供电，由于子模块间的电位差存在，必然要求高压电源的原边-副边，副边-副边之间都要做高压绝缘处理，进一步推高了高压电源的绝缘成本。(3)高电位子模块和低电位子模块分别配置高压电源，两个高压电源输出低压侧并接，会引入共地的电磁干扰。

发明内容

本申请实施例提供一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，所述阻尼模块包括并联连接的阻尼电阻、功率半导体开关和旁路开关，所述换流阀还包括正常子模块，所述正常子模块包括功率电容、功率半导体单元和功率旁路开关，所述阻尼模块和所述正常子模块串联连接，其特征在于，所述阻尼模块还包括取能电容、第一阻断二极管、电源单元和控制单元，所述电源单元从所述取能电容取得电能，为所述控制单元供电；所述第一阻断二极管的阳极连接相邻正常子模块功率电容的正极,所述取能电容的正极连接所述第一阻断二极管的阴极，所述取能电容的负极连接所述阻尼模块阻尼电阻的一端。

进一步地，所述正常子模块包括高电位子模块和低电位子模块。

进一步地，所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，还包括第二阻断二极管，所述第二阻断二极管的阴极连接所述取能电容的正极，所述第二阻断二极管的阳极连接另一侧相邻的正常子模块的功率电容的正极。

进一步地，所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路还包括限流电阻，所述取能电容的正极与所述第一阻断二极管的阴极或/和所述第二阻断二极管的阴极连接之间串联所述限流电阻。

进一步地，所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路还包括第一限流电阻和第二限流电阻，所述第一阻断二极管的阴极与所述第一限流电阻串联后与所述取能电容的正极连接；所述第二阻断二极管的阴极与所述第二限流电阻串联后与所述取能电容的正极连接。

进一步地，所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路还包括分压电阻，所述分压电阻并联连接所述取能电容。

进一步地，所述第一限流电阻和所述第二限流电阻取值不同时，所述取能电容的充电电压值根据所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的较小值确定。

进一步地，所述第一阻断二极管的阳极或所述第二阻断二极管的阳极连接的正常子模块分布在所述换流阀的同一桥臂或者不同桥臂。

本申请实施例还提供一种换流阀桥臂阻尼模块取能电路的启动控制方法，只存在与高电位子模块连接的第一阻断二极管时，所述方法包括：正常子模块充电，所述阻尼模块的取能电容从所述高电位子模块功率电容通过连接的所述第一阻断二极管充电；当所述阻尼模块取能电容电压充至所述阻尼模块的电源单元启动电压阀值时，所述电源单元启动工作向所述控制单元供电，建立阻尼模块控制单元与上层控制系统的通信；所述换流阀解锁，正常子模块和阻尼模块均开始解锁工作。

本申请实施例还提供一种换流阀桥臂阻尼模块取能电路的启动控制方法，只存在与低电位子模块连接的第一阻断二极管时，所述方法包括：正常子模块充电；正常子模块解锁，所述阻尼模块取能电容从所述低电位子模块功率电容通过连接的第一阻断二极管充电；当所述阻尼模块取能电容电压充至所述阻尼模块电源单元启动电压阀值时，所述阻尼模块电源单元启动工作向所述控制单元供电，所述阻尼模块控制单元建立与上层控制系统的通信；解锁阻尼模块，正常子模块工作，换流阀启动完成。

本申请实施例还提供一种换流阀桥臂阻尼模块取能电路的启动控制方法，同时存在与高电位子模块连接的第一阻断二极管以及与低电位子模块连接的第二阻断二极管时，所述方法包括：正常子模块启动充电，所述阻尼模块取能电容从高电位子模块功率电容通过连接的所述第一阻断二极管充电；当阻尼模块取能电容电压充至阻尼模块电源单元启动电压阀值时，阻尼模块电源单元启动工作向控制单元供电，建立阻尼模块控制单元与上层控制系统的通信；换流阀解锁，正常子模块和阻尼模块均开始工作；如果与所述高电位子模块连接的第一限流电阻阻值大于与所述低电位子模块连接的第二限流电阻阻值，阻尼模块取能电容将会被低电位模块电容继续充电。

本申请实施例还提供一种所述的换流阀桥臂阻尼模块取能电路的故障控制方法，包括：所述取能电容的电压不正常时，所述控制单元发出旁路命令；所述阻尼模块内部故障时，所述控制单元发出旁路命令。

本申请实施例提供的技术方案，实现了双路冗余输入高可靠取能，但是减少了相邻两个正常子模块配置的高压隔离电源，规避了现有技术方案中正常子模块内部两个高压隔离电源原边-副边绕组和副边-副边绕组之间都要耐受高压绝缘的问题，可靠性更高、经济性更优。阻尼模块内部的取能电容可以和分压电阻、限流电阻构成阻容分压单元，可以减小取能电容电压，进而减小了阻尼模块电源系统输入的差模电压，进一步提高了电源系统的可靠性同时降低了绝缘成本。配置了独立的隔离电源单元，规避了现有技术方案中由两个相邻子模块高压电源输出并接共地引入的电磁干扰问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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附图。

图1是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的原理图之一。

图2是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的原理图之二。

图3是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的原理图之三。

图4是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的启动控制方法流程图之一。

图5是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的启动控制方法流程图之二。

图6是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的启动控制方法流程图之三。

图7是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的故障控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的原理图之一。

换流阀桥臂阻尼模块的取能电路中，阻尼模块ZN包括并联连接的阻尼电阻Rz、功率半导体开关Tz和旁路开关Kz。换流阀还包括正常子模块，正常子模块包括高电位子模块和低电位子模块，正常子模块包括功率电容、功率半导体单元和功率旁路开关。阻尼模块ZN和正常子模块串联连接。

阻尼模块ZN还包括取能电容C和第一阻断二极管D1，电源单元和控制单元，电源单元从取能电容C取得电能，给控制单元供电。第一阻断二极管D1的阳极连接相邻正常子模块功率电容C1的正极,取能电容C的正极连接第一阻断二极管D1的阴极，取能电容C的负极连接阻尼模块阻尼电阻Rz的一端。

可选地，取能电容C的正极与第一阻断二极管D1的阴极之间串联限流电阻R1。

可选地，取能电容C的两端并联分压电阻R2。

取能电容C的充电电压值由限流电阻R1和分压电阻R2中取值小的电阻决定。

阻尼模块第一阻断二极管阳极所连接的正常子模块分布在换流阀的同一桥臂或者不同桥臂。

图2是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的原理图之二。

换流阀桥臂阻尼模块的取能电路中，阻尼模块ZN包括并联连接的阻尼电阻Rz、功率半导体开关Tz和旁路开关Kz。换流阀还包括正常子模块，正常子模块包括高电位子模块和低电位子模块，正常子模块包括功率电容、功率半导体单元和功率旁路开关。阻尼模块ZN和正常子模块串联连接。

阻尼模块ZN还包括取能电容C和第一阻断二极管D1，电源单元和控制单元，电源单元从取能电容C取得电能，给控制单元供电。第一阻断二极管D1的阳极连接相邻正常子模块(即高电位子模块)功率电容C1的正极,取能电容C的正极连接第一阻断二极管D1的阴极，取能电容C的负极连接阻尼模块阻尼电阻Rz的一端。

取能电容C的正极还连接第二阻断二极管D2的阴极，第二阻断二极管D2的阳极连接另一侧相邻正常子模块(即低电位子模块)功率电容的正极。

可选地，取能电容C的正极与第一阻断二极管D1的阴极或第二阻断二极管D2的阴极之间串联限流电阻R1，或者第一阻断二极管D1和第二阻断二极管D2分别串联第一限流电阻和第二限流电阻后与取能电容C的正极连接。

可选地，所述取能电容两端并联分压电阻R2。

取能电容C的充电电压值由限流电阻R1和分压电阻R2中取值小的阻值决定。

阻尼模块第一或第二阻断二极管阳极所连接的正常子模块分布在换流阀的同一桥臂或者不同桥臂。

图3是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的原理图之三。

如图3所示，阻尼模块ZN和正常子模块分布在换流阀的不同桥臂，阻尼模块取能电路与正常子模块的连接方式和取能工作原理同图1、图2的实施例，不再赘述。

图4是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的启动控制方法流程图之一，示出了只存在与高电位子模块SM1连接的第一阻断二极管D1时，阻尼模块的启动控制方法。

在S110中，正常子模块充电，阻尼模块取能电容C从高电位子模块SM1功率电容C1通过连接的第一阻断二极管D1充电。

在S120中，当阻尼模块ZN取能电容C电压充至阻尼模块电源单元启动电压阀值时，阻尼模块电源单元启动工作向控制单元供电，建立阻尼模块控制单元与上层控制系统的通信。

在S130中，换流阀解锁，正常子模块和阻尼模块均开始解锁工作。

图5是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的启动控制方法流程图之二，示出了只存在与低电位子模块SM2连接的第一阻断二极管时，阻尼模块的启动控制方法。

在S210中，正常子模块启动充电。

在S220中，正常子模块解锁，阻尼模块取能电容C从低电位子模块SM2功率电容通过连接的第一阻断二极管D1充电。

在S230中，当阻尼模块取能电容C电压充至阻尼模块电源单元启动电压阀值时，阻尼模块电源单元启动工作向控制单元供电，阻尼模块控制单元建立与上层控制系统的通信。

在S240中，解锁阻尼模块，正常子模块工作，换流阀启动完成。

图6是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的启动控制方法流程图之三，示出了同时存在与高电位子模块SM1连接的第一阻断二极管D1和与低电位子模块SM2连接的第二阻断二极管D2时，阻尼模块ZN的启动控制方法。

在S310中，正常子模块启动充电，阻尼模块取能电容C从高电位子模块SM1功率电容通过连接的第一阻断二极管D1充电。

在S320中，当阻尼模块取能电容C电压充至阻尼模块电源单元启动电压阀值时，阻尼模块电源单元启动工作向控制单元供电，建立阻尼模块控制单元与上层控制系统的通信。

在S330中，换流阀解锁，正常子模块和阻尼模块均开始工作；

在S340中，如果与高电位子模块连接的第一限流电阻阻值大于与低电位子模块连接的第二限流电阻阻值，阻尼模块取能电容C将会被低电位子模块SM2功率电容继续充电。

图7是本申请实施例提供的一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路的故障控制方法流程图，包括以下步骤。

在S410中，判断取能电容C电压是否正常。

在S420中，如否，阻尼模块控制单元发出旁路命令，闭合旁路开关Kz。

在S430中，如是，继续判断是否发生阻尼模块ZN内部故障。

如是，则如同S420，阻尼模块控制单元发出旁路命令，闭合旁路开关Kz。如否，阻尼模块继续正常工作。

重复以上步骤，进行故障控制判断。

本申请实施例提供的技术方案，实现了双路冗余输入高可靠取能，但是减少了相邻两个正常子模块配置的高压隔离电源，规避了现有技术方案中正常子模块内部两个高压隔离电源原边-副边绕组和副边-副边绕组之间都要耐受高压绝缘的问题，可靠性更高、经济性更优；阻尼模块内部的取能电容可以和分压电阻、限流电阻构成阻容分压单元，可以减小取能电容电压，进而减小了阻尼模块电源系统输入的差模电压，进一步提高了电源系统的可靠性同时降低了绝缘成本；配置了独立的隔离电源单元，规避了现有技术方案中由两个相邻子模块高压电源输出并接共地引入的电磁干扰问题。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (12)

1.一种换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，所述阻尼模块包括并联连接的阻尼电阻、功率半导体开关和旁路开关，所述换流阀还包括正常子模块，所述正常子模块包括功率电容、功率半导体单元和功率旁路开关，所述阻尼模块和所述正常子模块串联连接，其特征在于，

所述阻尼模块还包括取能电容、第一阻断二极管、电源单元和控制单元，所述电源单元从所述取能电容取得电能，为所述控制单元供电；所述第一阻断二极管的阳极连接相邻正常子模块功率电容的正极,所述取能电容的正极连接所述第一阻断二极管的阴极，所述取能电容的负极连接所述阻尼模块阻尼电阻的一端。

2.如权利要求1所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，其特征在于，所述正常子模块包括高电位子模块和低电位子模块。

3.如权利要求1所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，还包括：

第二阻断二极管，阴极连接所述取能电容的正极，阳极连接另一侧相邻的正常子模块的功率电容的正极。

4.如权利要求1至3之任一项所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，还包括：

限流电阻，所述取能电容的正极与所述第一阻断二极管的阴极或/和所述第二阻断二极管的阴极连接之间串联所述限流电阻。

5.如权利要求3所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，还包括：

第一限流电阻，所述第一阻断二极管的阴极与所述第一限流电阻串联后与所述取能电容的正极连接；

第二限流电阻，所述第二阻断二极管的阴极与所述第二限流电阻串联后与所述取能电容的正极连接。

6.如权利要求1所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，还包括：

分压电阻，并联连接所述取能电容。

7.如权利要求5所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，其特征在于，所述第一限流电阻和所述第二限流电阻取值不同时，所述取能电容的充电电压值根据所述第一限流电阻和所述第二限流电阻的较小值确定。

8.如权利要求1至3任一项所述的换流阀桥臂阻尼模块的取能电路，其特征在于，所述第一阻断二极管的阳极或所述第二阻断二极管的阳极连接的正常子模块分布在所述换流阀的同一桥臂或者不同桥臂。

9.一种如权利要求2至8之任一项所述的换流阀桥臂阻尼模块取能电路的启动控制方法，只存在与高电位子模块连接的第一阻断二极管时，其特征在于，所述方法包括：

正常子模块充电，所述阻尼模块的取能电容从所述高电位子模块功率电容通过连接的所述第一阻断二极管充电；

当所述阻尼模块取能电容电压充至所述阻尼模块的电源单元启动电压阀值时，所述电源单元启动工作向所述控制单元供电，建立阻尼模块控制单元与上层控制系统的通信；

所述换流阀解锁，正常子模块和阻尼模块均开始解锁工作。

10.一种如权利要求2-8之任一项所述的换流阀桥臂阻尼模块取能电路的启动控制方法，只存在与低电位子模块连接的第一阻断二极管时，其特征在于，所述方法包括：

正常子模块充电；

正常子模块解锁，所述阻尼模块取能电容从所述低电位子模块功率电容通过连接的第一阻断二极管充电；

当所述阻尼模块取能电容电压充至所述阻尼模块电源单元启动电压阀值时，所述阻尼模块电源单元启动工作向所述控制单元供电，所述阻尼模块控制单元建立与上层控制系统的通信；

解锁阻尼模块，正常子模块工作，换流阀启动完成。

11.一种如权利要求2至8之任一项所述的换流阀桥臂阻尼模块取能电路的启动控制方法，同时存在与高电位子模块连接的第一阻断二极管以及与低电位子模块连接的第二阻断二极管时，其特征在于，所述方法包括：

正常子模块启动充电，所述阻尼模块取能电容从高电位子模块功率电容通过连接的所述第一阻断二极管充电；

当阻尼模块取能电容电压充至阻尼模块电源单元启动电压阀值时，阻尼模块电源单元启动工作向控制单元供电，建立阻尼模块控制单元与上层控制系统的通信；

换流阀解锁，正常子模块和阻尼模块均开始工作；

如果与所述高电位子模块连接的第一限流电阻阻值大于与所述低电位子模块连接的第二限流电阻阻值，阻尼模块取能电容将会被低电位模块电容继续充电。

12.一种如权利要求1至8之任一项所述的换流阀桥臂阻尼模块取能电路的故障控制方法，包括：

所述取能电容的电压不正常时，所述控制单元发出旁路命令；

所述阻尼模块内部故障时，所述控制单元发出旁路命令。

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