CN114487753A - 一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统及方法。该系统包括：充电模块、谐振模块、控制模块及功率模块；控制模块包括触发单元、电流检测单元及控制单元；功率模块包括晶闸管单元及功率单元；充电模块用于为谐振模块充电；谐振模块用于提供谐振电流至功率模块；触发单元用于当功率模块发生过流故障时，触发晶闸管单元导通；电流检测单元包括第一电流检测单元和第二电流检测单元；第一电流检测单元设置于谐振模块与功率模块之间，用于检测谐振模块输出的谐振电流；第二电流检测单元设置于晶闸管单元支路上，用于检测流过晶闸管单元的电流；控制单元，用于根据谐振模块输出的谐振电流与流过晶闸管单元的电流判断晶闸管单元是否正常。

Description

一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及柔性直流输电技术，尤其涉及一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统及方法。

背景技术

柔性直流输电系统的核心是基于全控器件的电压源变流器。多电平技术是实现高压大容量电压源变流器的优选方案。相对于二电平换流器，多电平换流器可以使用低压器件实现高电压等级输出。近几年来，模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter，MMC)的出现使多电平换流器在柔性直流输电领域也得到了成功的应用。

模块化多电平换流器的换流阀设计，由若干个结构完全相同的半桥功率模块串联构成。换流阀在实际运行中，如果发生极间短路故障，则必须触发晶闸管导通完成故障穿越，这样才可以保障柔性直流系统的安全运行。

目前，当柔性直流换流阀发生极间短路故障时，若换流阀功率模块晶闸管触发故障、或者晶闸管分流比不够，则会导致柔性直流换流阀功率模块损坏，为此需在柔性直流换流阀发生极间短路故障时，寻求一种检测晶闸管发生故障的方法以检验晶闸管器件的完好性。

发明内容

本发明提供了一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统及方法，以实现当柔性直流换流阀发生极间短路故障时，可靠地检验晶闸管触发是否正常。

第一方面，本发明实施例提供了一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统，该检测系统包括：充电模块、谐振模块、控制模块及功率模块；

所述控制模块包括触发单元、电流检测单元及控制单元；所述功率模块包括晶闸管单元及功率单元；所述晶闸管单元及所述功率单元并联电连接；

所述充电模块与所述谐振模块电连接，用于为所述谐振模块充电；

所述谐振模块、所述晶闸管单元与所述功率单元依次并联电连接；所述谐振模块，用于提供谐振电流至所述功率模块；

所述触发单元与所述晶闸管单元的控制端电连接，用于当所述功率模块发生过流故障时，触发所述晶闸管单元导通；

所述电流检测单元包括第一电流检测单元和第二电流检测单元；所述第一电流检测单元和所述第二电流检测单元均与所述控制单元电连接；所述第一电流检测单元设置于所述谐振模块与所述功率模块之间，用于检测所述谐振模块输出的谐振电流；所述第二电流检测单元设置于所述晶闸管单元支路上，用于检测流过所述晶闸管单元的电流；

所述控制单元，用于根据所述谐振模块输出的谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流判断所述晶闸管单元是否正常。

可选的，所述充电模块包括直流电源和第一控制开关；

所述直流电源的第一端与所述谐振模块的第一输入端电连接，所述直流电源的第二端与所述第一控制开关的第一端电连接，所述第一控制开关的第二端与所述谐振模块的第二输入端电连接。

可选的，所述谐振模块包括第一直流电容、电抗器和第二控制开关；

所述第一直流电容的第一端与所述直流电源的第一端及所述电抗器的第一端电连接，所述第一直流电容的第二端与所述第一控制开关的第二端及所述第二控制开关的第一端电连接；所述电抗器的第二端与所述晶闸管单元的第一端电连接，所述第二控制开关的第二端与所述晶闸管单元的第二端电连接。

可选的，所述功率单元包括至少一个功率子单元：各所述功率子单元串联电连接；

所述功率子单元均包括第一半导体器件、第一续流二极管、第二半导体器件、第二续流二极管、第二直流电容及放电电阻；

所述第一半导体器件反并联电连接所述第一续流二极管；所述第二半导体器件反并联电连接所述第二续流二极管；所述第一半导体器件的第一极与所述第二直流电容的第一端及所述放电电阻的第一端电连接，所述第一半导体器件的第二极与所述第二半导体器件的第一极及所述晶闸管单元的第一端电连接；所述第二半导体器件的第二极与所述晶闸管单元的第二端、所述第二直流电容的第二端及所述放电电阻的第二端电连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种换流阀功率模块晶闸管的检测方法，该检测方法应用于上述第一方面所述的换流阀功率模块晶闸管的检测系统，所述检测方法包括：

所述控制单元控制所述充电模块工作以为所述谐振模块充电；

所述控制单元控制所述充电模块不工作，并控制所述谐振模块工作以使所述谐振模块提供谐振电流至所述功率模块；

当所述功率模块发生过流故障时，所述触发单元触发所述晶闸管单元导通；

所述第一电流检测单元检测所述谐振模块输出的所述谐振电流；所述第二电流检测单元检测流过所述晶闸管单元的电流；

所述控制单元根据所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流判断所述晶闸管单元是否正常。

可选的，所述控制单元根据所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流判断所述晶闸管单元是否正常，包括：

当所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流之比小于预设值时，则所述控制单元判断所述晶闸管单元发生触发故障。

可选的，所述控制单元根据所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流判断所述晶闸管单元是否正常，包括：

当所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流之比大于所述预设值时，则所述控制单元判断所述晶闸管单元触发正常。

可选的，所述充电模块包括直流电源和第一控制开关；

所述控制单元控制所述充电模块工作以为所述谐振模块充电，包括：

所述控制单元控制所述第一控制开关闭合以使所述直流电源为所述谐振模块充电。

可选的，所述谐振模块包括第一直流电容、电抗器和第二控制开关；

所述控制单元控制所述充电模块不工作，并控制所述谐振模块工作以使所述谐振模块提供谐振电流至所述功率模块，包括：

所述控制单元控制所述第一控制开关断开，并控制所述第二控制开关闭合以使所述谐振模块提供谐振电流至所述功率模块。

可选的，所述触发单元触发所述晶闸管单元导通，包括：所述触发单元通过光纤下发触发指令以触发所述晶闸管单元导通。

本发明实施例，通过控制单元控制充电模块工作以为谐振模块充电；然后当谐振模块充电完成后，控制单元控制充电模块不工作，并控制谐振模块工作以使谐振模块提供谐振电流至功率模块；然后当功率模块发生过流故障时，通过触发单元触发晶闸管单元导通；第一电流检测单元检测谐振模块输出的谐振电流；第二电流检测单元检测流过晶闸管单元的电流；控制单元则根据谐振模块输出的谐振电流与流过晶闸管单元的电流判断晶闸管单元是否正常，如此本方案实现了可靠地检验晶闸管触发是否正常的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种换流阀功率模块晶闸管的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统的结构示意图，如图1所示，该检测系统包括：充电模块10、谐振模块20、控制模块30及功率模块40；控制模块30包括触发单元31、电流检测单元32及控制单元33；功率模块40包括晶闸管单元41及功率单元42；晶闸管单元41及功率单元42并联电连接；充电模块10与谐振模块20电连接，用于为谐振模块20充电；谐振模块20、晶闸管单元41与功率单元42依次并联电连接；谐振模块20，用于提供谐振电流至功率模块40；触发单元31与晶闸管单元41的控制端电连接，用于当功率模块40发生过流故障时，触发晶闸管单元41导通；电流检测单元32包括第一电流检测单元321和第二电流检测单元322；第一电流检测单元321和第二电流检测单元322均与控制单元33电连接；第一电流检测单元321设置于谐振模块20与功率模块40之间，用于检测谐振模块20输出的谐振电流；第二电流检测单元322设置于晶闸管单元41支路上，用于检测流过晶闸管单元41的电流；控制单元33，用于根据谐振模块20输出的谐振电流与流过晶闸管单元41的电流判断晶闸管单元41是否正常。

其中，充电模块10可以提供直流源以为谐振模块20充电；谐振模块20可以包括电容、电感，可以提供谐振电流；功率模块40中功率单元42包括各串联的功率子单元，本实施例中当功率模块40发生过流故障时，示例性的，柔性直流换流阀内各功率子单元发生极间短路故障时，触发单元31会触发晶闸管单元41导通，从而将功率子单元极间短路故障大电流分流；若当触发单元31触发晶闸管单元41导通后，第二电流检测单元322检测到流过晶闸管单元41的电流与第一电流检测单元321检测到的谐振模块20输出的谐振电流之比大于预设值时，则判断晶闸管单元41触发正常；第二电流检测单元322检测到流过晶闸管单元41的电流与第一电流检测单元321检测到谐振模块20输出的谐振电流之比小于预设值时，则晶闸管单元41分流较小，则判断晶闸管单元41触发不正常，晶闸管单元41发生触发故障，示例性的，第一电流检测单元321和第二电流检测单元322可以为电流传感器，如此本方案实现了可靠地检验晶闸管触发是否正常的效果。

可选的，图2是本发明实施例提供的另一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统的结构示意图；如图2所示，充电模块10包括直流电源E1和第一控制开关K1；直流电源E1的第一端与谐振模块20的第一输入端电连接，直流电源E1的第二端与第一控制开关K1的第一端电连接，第一控制开关K1的第二端与谐振模块20的第二输入端电连接。

可选的，参照图2，谐振模块20包括第一直流电容C1、电抗器L1和第二控制开关K2；第一直流电容C1的第一端与直流电源11的第一端及电抗器L1的第一端电连接，第一直流电容C1的第二端与第一控制开关K1的第二端及第二控制开关K2的第一端电连接；电抗器L1的第二端与晶闸管单元41的第一端电连接，第二控制开关K2的第二端与晶闸管单元41的第二端电连接。其中，当第一控制开关K1闭合时，直流电源E1为第一直流电容C1充电；当第一直流电容C1充电完成后，第二控制开关K2闭合，第一直流电容C1通过电抗器L1放电产生谐振电流。

可选的，参照图2，功率单元42包括至少一个功率子单元：各功率子单元串联电连接；功率子单元均包括第一半导体器件T1、第一续流二极管D1、第二半导体器件T2、第二续流二极管D2、第二直流电容C2及放电电阻R；第一半导体器件T1反并联电连接第一续流二极管D1；第二半导体器件T2反并联电连接第二续流二极管D2；第一半导体器件T1的第一极与第二直流电容C2的第一端及放电电阻R1的第一端电连接，第一半导体器件T1的第二极与第二半导体器件T2的第一极及晶闸管单元41的第一端电连接；第二半导体器件T2的第二极与晶闸管单元41的第二端、第二直流电容C2的第二端及放电电阻R的第二端电连接。其中，当功率模块40发生过流故障时，示例性的，当柔性直流换流阀内各功率子单元发生极间短路故障时，极间X1点处的短路电流变大，触发单元31会触发晶闸管单元41导通，短路电流将经过晶闸管单元41和第二续流二极管D2，如此晶闸管单元411可以将短路电流分流，避免了流过第二续流二极管D2的电流太大损坏第二续流二极管D2；若当检测到实际流过晶闸管单元41的电流与谐振模块20输出的谐振电流比值较小时，即实际流过晶闸管单元41的电流较小时，未达到晶闸管单元41的分流比，则晶闸管单元41触发不正常。当检测到实际流过晶闸管单元41的电流与谐振模块20输出的谐振电流比值较大时，晶闸管单元41触发正常，功率模块40通过各功率子单元内的各半导体器件实现不同等级电压的输出。

本发明实施例还提供了一种换流阀功率模块晶闸管的检测方法，图3是本发明实施例提供的一种换流阀功率模块晶闸管的检测方法的流程示意图，如图3所示，该检测方法包括以下步骤：

S110、控制单元控制充电模块工作以为谐振模块充电。

S120、控制单元控制充电模块不工作，并控制谐振模块工作以使谐振模块提供谐振电流至功率模块。

其中，该检测方法应用于上述实施例的换流阀功率模块晶闸管的检测系统，参照图2，充电模块10包括直流电源E1和第一控制开关K1；谐振模块20包括第一直流电容C1、电抗器L1和第二控制开关K2；具体的，控制单元33控制第一控制开关K1闭合以使直流电源E1为第一直流电容C1充电；当第一直流电容C1充电完成后，控制单元33控制第一控制开关K1断开，并控制第二控制开关K2闭合以使谐振模块20提供谐振电流至功率模块40。

S130、当功率模块发生过流故障时，触发单元触发晶闸管单元导通。

其中，功率模块中的功率单元包括多个功率子单元，当功率模块发生过流故障时，示例性的，当各功率子单元发生极间短路故障时，触发单元31触发晶体管单元41导通，短路电流将经过晶闸管单元41和第二续流二极管D2，如此晶闸管单元411可以将短路电流分流，避免了流过第二续流二极管D2的电流太大损坏第二续流二极管D2。

S140、第一电流检测单元检测谐振模块输出的谐振电流；第二电流检测单元检测流过晶闸管单元的电流。

S150、控制单元根据谐振模块输出的谐振电流与流过晶闸管单元的电流判断晶闸管单元是否正常。

其中，若当第二电流检测单元检测到实际流过晶闸管单元41的电流与第一电流检测单元检测到的谐振模块20输出的谐振电流比值小于预设值时，即实际流过晶闸管单元41的电流较小时，未达到晶闸管单元41的分流比，则判断晶闸管单元41触发不正常。当检测到实际流过晶闸管单元41的电流与谐振模块20输出的谐振电流比值大于预设值时，晶闸管单元41触发正常，如此本方案通过当当功率模块发生过流故障时，触发单元通过光纤下发触发指令以触发晶闸管单元，根据各电流检测单元检测的电流值实现了可靠地检验晶闸管触发是否正常的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种换流阀功率模块晶闸管的检测系统，其特征在于，包括：充电模块、谐振模块、控制模块及功率模块；

所述控制模块包括触发单元、电流检测单元及控制单元；所述功率模块包括晶闸管单元及功率单元；所述晶闸管单元及所述功率单元并联电连接；

所述充电模块与所述谐振模块电连接，用于为所述谐振模块充电；

所述谐振模块、所述晶闸管单元与所述功率单元依次并联电连接；所述谐振模块，用于提供谐振电流至所述功率模块；

所述触发单元与所述晶闸管单元的控制端电连接，用于当所述功率模块发生过流故障时，触发所述晶闸管单元导通；

所述电流检测单元包括第一电流检测单元和第二电流检测单元；所述第一电流检测单元和所述第二电流检测单元均与所述控制单元电连接；所述第一电流检测单元设置于所述谐振模块与所述功率模块之间，用于检测所述谐振模块输出的谐振电流；所述第二电流检测单元设置于所述晶闸管单元支路上，用于检测流过所述晶闸管单元的电流；

所述控制单元，用于根据所述谐振模块输出的谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流判断所述晶闸管单元是否正常。

2.根据权利要求1所述的换流阀功率模块晶闸管的检测系统，其特征在于，所述充电模块包括直流电源和第一控制开关；

所述直流电源的第一端与所述谐振模块的第一输入端电连接，所述直流电源的第二端与所述第一控制开关的第一端电连接，所述第一控制开关的第二端与所述谐振模块的第二输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的换流阀功率模块晶闸管的检测系统，其特征在于，所述谐振模块包括第一直流电容、电抗器和第二控制开关；

所述第一直流电容的第一端与所述直流电源的第一端及所述电抗器的第一端电连接，所述第一直流电容的第二端与所述第一控制开关的第二端及所述第二控制开关的第一端电连接；所述电抗器的第二端与所述晶闸管单元的第一端电连接，所述第二控制开关的第二端与所述晶闸管单元的第二端电连接。

4.根据权利要求3所述的换流阀功率模块晶闸管的检测系统，其特征在于，所述功率单元包括至少一个功率子单元：各所述功率子单元串联电连接；

所述功率子单元均包括第一半导体器件、第一续流二极管、第二半导体器件、第二续流二极管、第二直流电容及放电电阻；

所述第一半导体器件反并联电连接所述第一续流二极管；所述第二半导体器件反并联电连接所述第二续流二极管；所述第一半导体器件的第一极与所述第二直流电容的第一端及所述放电电阻的第一端电连接，所述第一半导体器件的第二极与所述第二半导体器件的第一极及所述晶闸管单元的第一端电连接；所述第二半导体器件的第二极与所述晶闸管单元的第二端、所述第二直流电容的第二端及所述放电电阻的第二端电连接。

5.一种换流阀功率模块晶闸管的检测方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-4任一项所述的换流阀功率模块晶闸管的检测系统，所述检测方法包括：

所述控制单元控制所述充电模块工作以为所述谐振模块充电；

所述控制单元控制所述充电模块不工作，并控制所述谐振模块工作以使所述谐振模块提供谐振电流至所述功率模块；

当所述功率模块发生过流故障时，所述触发单元触发所述晶闸管单元导通；

所述第一电流检测单元检测所述谐振模块输出的所述谐振电流；所述第二电流检测单元检测流过所述晶闸管单元的电流；

所述控制单元根据所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流判断所述晶闸管单元是否正常。

6.根据权利要求5所述的换流阀功率模块晶闸管的检测方法，其特征在于，所述控制单元根据所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流判断所述晶闸管单元是否正常，包括：

当所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流之比小于预设值时，则所述控制单元判断所述晶闸管单元发生触发故障。

7.根据权利要求6所述的换流阀功率模块晶闸管的检测方法，其特征在于，所述控制单元根据所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流判断所述晶闸管单元是否正常，包括：

当所述谐振模块输出的所述谐振电流与流过所述晶闸管单元的电流之比大于所述预设值时，则所述控制单元判断所述晶闸管单元触发正常。

8.根据权利要求5所述的换流阀功率模块晶闸管的检测方法，其特征在于，所述充电模块包括直流电源和第一控制开关；

所述控制单元控制所述充电模块工作以为所述谐振模块充电，包括：

所述控制单元控制所述第一控制开关闭合以使所述直流电源为所述谐振模块充电。

9.根据权利要求8所述的换流阀功率模块晶闸管的检测方法，其特征在于，所述谐振模块包括第一直流电容、电抗器和第二控制开关；

所述控制单元控制所述充电模块不工作，并控制所述谐振模块工作以使所述谐振模块提供谐振电流至所述功率模块，包括：

所述控制单元控制所述第一控制开关断开，并控制所述第二控制开关闭合以使所述谐振模块提供谐振电流至所述功率模块。

10.根据权利要求8所述的换流阀功率模块晶闸管的检测方法，其特征在于，所述触发单元触发所述晶闸管单元导通，包括：

所述触发单元通过光纤下发触发指令以触发所述晶闸管单元导通。

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