RU2015152358A

RU2015152358A - Подмодуль, защитный блок, преобразователь и способ управления преобразователем

Info

Publication number: RU2015152358A
Application number: RU2015152358A
Authority: RU
Inventors: Юньлун ДУН; Дунмин ЦАО; Цзе ТЯНЬ; Хайин ЛИ; Наньнань ВАН
Original assignee: Нр Электрик Ко., Лтд; Нр Инжиниринг Ко., Лтд
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2017-06-20
Also published as: CA2912639A1; EP2999103B1; DK2999103T3; PT2999103T; CN103280989B; CA2912639C; RU2015152358A3; EP2999103A1; CN103280989A; WO2014183570A1; EP2999103A4; KR102021647B1; WO2014183453A1; US20160126827A1; RU2674989C2; ES2759518T3; KR20160026877A

Claims

1. Подмодуль, содержащий накопитель энергии, первое запираемое устройство, второе запираемое устройство, третье запираемое устройство, обратный диод и диоды, соответственно соединенные встречно-параллельно с запираемыми устройствами, отличающийся тем, что в нем реализована топология следующих двух типов:

i) отрицательный электрод первого запираемого устройства соединен с положительным электродом второго запираемого устройства, причем данную точку соединения используют в качестве первого вывода подмодуля, положительный электрод первого запираемого устройства соединен с отрицательным электродом второго запираемого устройства через накопитель энергии, а отрицательный электрод третьего запираемого устройства соединен с отрицательным электродом второго запираемого устройства; при этом один конец цепи обратного диода соединен с положительным электродом первого запираемого устройства; другой конец цепи обратного диода соединен с положительным электродом третьего запираемого устройства, причем данную точку соединения используют в качестве второго вывода подмодуля; и

ii) отрицательный электрод третьего запираемого устройства соединен с катодом диода, причем данную точку соединения используют в качестве первого вывода подмодуля; положительный электрод третьего запираемого устройства соединен с положительным электродом второго запираемого устройства, отрицательный электрод второго запираемого устройства соединен с положительным электродом первого запираемого устройства, причем данную точку соединения используют в качестве второго вывода подмодуля, а положительный электрод третьего запираемого устройства соединен с отрицательным электродом первого запираемого устройства через накопитель энергии; при этом в качестве последовательной цепи, обратный диод с одного конца имеет соединение с отрицательным электродом первого запираемого устройства, а с другого конца имеет соединение с отрицательным электродом третьего запираемого устройства.

2. Подмодуль по п. 1, отличающийся тем, что каждое запираемое устройство представляет собой отдельное управляемое переключающее устройство или образовано из по меньшей мере двух последовательно соединенных управляемых переключающих устройств.

3. Подмодуль по п. 1, отличающийся тем, что накопитель энергии представляет собой конденсатор.

4. Подмодуль по п. 2, отличающийся тем, что управляемое переключающее устройство представляет собой IGBT (insulated-gate bipolar transistor - биполярный транзистор с изолированным затвором), IEGT (injection-enhanced gate transistor - биполярный транзистор с изолированным затвором и увеличенной инжекцией), IGCT (integrated gate-commutated thyristor - запираемый тиристор с интегрированным управлением), MOSFET (metal-oxide-silicon field-effect transistor - МОП-транзистор) или GTO (gate turn-off - двухоперационный диодный тиристор).

5. Подмодуль по п. 1, отличающийся тем, что, если запираемые устройства представляют собой IGBT или IEGT, то положительный электрод представляет собой коллектор, а отрицательный электрод представляет собой эмиттер; если запираемые устройства представляют собой IGCT или GTO, то положительный электрод представляет собой анод, а отрицательный электрод представляет собой катод; если запираемые устройства представляют собой MOSFET, то положительный электрод представляет собой эмиттер, а отрицательный электрод представляет собой коллектор.

6. Подмодуль по п. 1, отличающийся тем, что резистор соединен с цепью обратного диода последовательно.

7. Подмодуль по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит защитный блок, причем первый вывод защитного блока соединен с

первым выводом подмодуля, а второй вывод защитного модуля соединен со вторым выводом подмодуля; при этом защитный блок имеет одну или несколько из следующих четырех топологических структур:

i) защитный блок образован из тиристора, причем катод тиристора представляет собой первый вывод защитного блока, а анод тиристора представляет собой второй вывод защитного блока;

ii) защитный блок образован из быстродействующего выключателя, причем один конец быстродействующего выключателя представляет собой первый вывод защитного блока, а другой конец быстродействующего выключателя представляет собой второй вывод защитного блока;

iii) защитный блок образован из тиристора и быстродействующего выключателя, соединенных параллельно друг другу, причем катод тиристора представляет собой первый вывод защитного блока, анод тиристора представляет собой второй вывод защитного блока, один конец быстродействующего выключателя соединен с катодом тиристора, а другой конец быстродействующего выключателя соединен с анодом тиристора; и

iv) защитный блок образован из по меньшей мере двух встречно-параллельных тиристоров и быстродействующего выключателя, соединенных параллельно друг другу, причем один конец встречно-параллельных тиристоров представляет собой первый вывод защитного блока, а другой конец встречно-параллельных тиристоров представляет собой второй вывод защитного блока, один конец быстродействующего выключателя соединен с первым выводом защитного блока, а другой конец быстродействующего выключателя соединен со вторым выводом защитного блока.

8. Подмодуль по п. 7, отличающийся тем, что, когда в подмодуле происходит короткое замыкание, если параллельный защитный блок имеет топологическую структуру i) или ii), то либо включается тиристор, либо замыкается быстродействующий выключатель, чтобы защитить подмодуль; а если параллельный защитный блок имеет топологическую структуру iii) или iv), то включается тиристор и замыкается быстродействующий выключатель,

чтобы защитить подмодуль.

9. Защитный блок, применяемый для подмодуля многоуровневого преобразователя напряжения и содержащий первый вывод и второй вывод, отличающийся тем, что первый вывод защитного блока соединен с первым выводом подмодуля, а второй вывод защитного блока соединен со вторым выводом подмодуля; причем защитный блок имеет одну или несколько из следующих четырех топологических структур:

iii) защитный блок образован из тиристора и быстродействующего выключателя, соединенных параллельно друг другу, причем катод тиристора представляет собой первый вывод защитного блока, анод тиристора представляет собой второй вывод защитного блока, быстродействующий выключатель с одного конца имеет соединение с катодом тиристора, а с другого конца быстродействующий выключатель имеет соединение с анодом тиристора; и

iv) защитный блок образован из по меньшей мере двух встречно-параллельных тиристоров и быстродействующего выключателя, соединенных параллельно друг другу, причем один конец встречно-параллельных тиристоров представляет собой первый вывод защитного блока, а другой конец встречно-параллельных тиристоров представляет собой второй вывод защитного блока, быстродействующий выключатель с одного конца имеет соединение с первым выводом защитного блока, а с другого конца быстродействующий выключатель имеет соединение со вторым выводом защитного блока.

10. Защитный блок по п. 9, отличающийся тем, что, когда в подмодуле происходит короткое замыкание, если защитный блок имеет топологическую структуру i) или ii), то либо включается тиристор, либо замыкается быстродействующий выключатель, чтобы защитить подмодуль; если защитный блок имеет топологическую структуру iii) или iv), то включается тиристор и замыкается быстродействующий выключатель, чтобы защитить подмодуль.

11. Преобразователь, содержащий по меньшей мере один фазовый блок, причем каждый фазовый блок содержит верхнее плечо моста и нижнее плечо моста, при этом и верхнее плечо моста, и нижнее плечо моста содержит по меньшей мере два подмодуля и по меньшей мере один реактор, соединенные друг с другом последовательно, все подмодули одного и того же плеча моста соединены в одном направлении, причем направления соединений подмодулей в верхнем плече моста и в нижнем плече моста противоположны друг другу, один конец верхнего плеча моста и один конец нижнего плеча моста используют соответственно в качестве первого вывода постоянного тока и второго вывода постоянного тока фазового блока, подлежащих соединению с цепью постоянного тока, а другой конец верхнего плеча моста и другой конец нижнего плеча моста закорачиваются друг на друга в качестве вывода переменного тока фазового блока, подлежащего соединению с цепью переменного тока, отличающийся тем, что во всех или в части из по меньшей мере двух подмодулей применяется подмодуль по п. 1.

12. Преобразователь по п. 11, отличающийся тем, что если упомянутые подмодули являются частью всех подмодулей определенного плеча моста, то из первого запираемого устройства и второго запираемого устройства, последовательно соединенных друг с другом, диода, соединенного встречно-параллельно с первым запираемым устройством, диода, соединенного встречно-параллельно со вторым запираемым устройством, и накопителя энергии образуется дополнительный подмодуль, при этом накопитель энергии соединен с последовательной цепью из первого запираемого

устройства и второго запираемого устройства параллельно.

13. Преобразователь по п. 12, отличающийся тем, что в указанном дополнительном подмодуле отрицательный электрод первого запираемого устройства соединен с положительным электродом второго запираемого устройства, причем данную точку соединения используют в качестве первого вывода, а отрицательный электрод второго запираемого устройства используют в качестве второго вывода.

14. Преобразователь по п. 12, отличающийся тем, что в указанном дополнительном подмодуле положительный электрод второго запираемого устройства используют в качестве первого вывода, а отрицательный электрод второго запираемого устройства соединен с положительным электродом первого запираемого устройства, причем данную точку соединения используют в качестве второго вывода.

15. Преобразователь по п. 12, отличающийся тем, что накопитель энергии в указанном дополнительном подмодуле представляет собой конденсатор.

16. Преобразователь по п. 12, отличающийся тем, что запираемые устройства в указанном дополнительном подмодуле представляют собой IGBT, IEGT, IGCT, MOSFET или GTO.

17. Преобразователь по п. 16, отличающийся тем, что, если запираемые устройства представляют собой IGBT или IEGT, то положительный электрод представляет собой коллектор, а отрицательный электрод представляет собой эмиттер; если запираемые устройства представляют собой IGCT или GTO, то положительный электрод представляет собой анод, а отрицательный электрод представляет собой катод; и если запираемые устройства представляют собой MOSFET, то положительный электрод представляет собой эмиттер, а отрицательный электрод представляет собой

коллектор.

18. Способ управления преобразователем по п. 11, в котором преобразователем управляют посредством регулировки рабочих состояний подмодулей в преобразователе, отличающийся тем, что:

способ управления подмодулем по п. 1 состоит в следующем: в состоянии 1 первое запираемое устройство и третье запираемое устройство включены, а второе запираемое устройство выключено, так что выходное напряжение подмодуля представляет собой напряжение на накопителе энергии; в состоянии 2 второе запираемое устройство и третье запираемое устройство включены, а первое запираемое устройство выключено, так что выходное напряжение подмодуля равно 0; в состоянии 3 первое запираемое устройство, второе запираемое устройство и третье запираемое устройство, все, выключены, и выходное напряжение подмодуля определяется направлением тока; причем выходное напряжение подмодуля представляет собой напряжение первого вывода подмодуля относительно второго вывода;

способ управления дополнительным подмодулем состоит в следующем: в состоянии 1 первое запираемое устройство включено, а второе запираемое устройство выключено, так что выходное напряжение подмодуля представляет собой напряжение на накопителе энергии; в состоянии 2 второе запираемое устройство включено, а первое запираемое устройство выключено, так что выходное напряжение подмодуля равно 0; в состоянии 3 выключены оба устройства - первое запираемое устройство и второе запираемое устройство, выходное напряжение подмодуля определяется направлением тока; выходное напряжение дополнительного подмодуля представляет собой напряжение первого вывода дополнительного подмодуля относительно второго вывода.

19. Способ управления по п. 18, в котором, если определяют, что в системе постоянного тока, соединенной с преобразователем, происходит короткое замыкание, все подмодули регулируют для перехода в состояние 3, чтобы заблокировать преобразователь.