RU2676226C1 - Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя и способ изоляции повреждения - Google Patents

Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя и способ изоляции повреждения Download PDF

Info

Publication number
RU2676226C1
RU2676226C1 RU2017143387A RU2017143387A RU2676226C1 RU 2676226 C1 RU2676226 C1 RU 2676226C1 RU 2017143387 A RU2017143387 A RU 2017143387A RU 2017143387 A RU2017143387 A RU 2017143387A RU 2676226 C1 RU2676226 C1 RU 2676226C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power semiconductor
semiconductor switch
mode
signal
supplied
Prior art date
Application number
RU2017143387A
Other languages
English (en)
Inventor
Еюань Се
Дунмин ЦАО
Тяньгуй ЦЗЯН
Минлянь Чжу
Гуаньсянь ИНЬ
Original Assignee
ЭнАр ЭЛЕКТРИК КО., ЛТД
ЭнАр ЭНЖИНИРИНГ КО., ЛТД
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЭнАр ЭЛЕКТРИК КО., ЛТД, ЭнАр ЭНЖИНИРИНГ КО., ЛТД filed Critical ЭнАр ЭЛЕКТРИК КО., ЛТД
Application granted granted Critical
Publication of RU2676226C1 publication Critical patent/RU2676226C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/125—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M3/135—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M3/137—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/125—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M3/135—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M3/137—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/139—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к модуляции модульного многоуровневого преобразователя и изоляции повреждения субмодульного блока. Технический результат - выравнивание температуры контактов, используемых силовых полупроводниковых переключателей, расширение пределов безопасной эксплуатации преобразователя, эффективное увеличение емкости преобразователя без увеличения расходов на инженерные работы и достижение улучшенных эксплуатационных характеристик с технической стороны. Для этого способ модуляции включает первый режим и второй режим, действующие циклически. В первом режиме первый силовой полупроводниковый переключатель и второй силовой полупроводниковый переключатель включаются попеременно, тогда как третий силовой полупроводниковый переключатель выключен, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель включен. Во втором режиме третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель включаются попеременно, тогда как первый силовой полупроводниковый переключатель включен, а второй силовой полупроводниковый переключатель выключен. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области VSC-HVDC и, в частности, к способу модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя и способу изоляции повреждения.
Предпосылки создания изобретения
Появление модульных многоуровневых преобразователей (ММС) позволяет успешно применять многоуровневые преобразователи в области VSC-HVDC. Преобразователь ММС принимает модульную конструкцию и состоит из нескольких последовательных модулей основных блоков, имеющих одинаковую конструкцию, при этом каждый из этих модулей называется модульным блоком преобразователя. За счет увеличения количества последовательных модулей и повышения уровня тока в преобразователе, преобразователь можно применять в случаях разных уровней напряжения и мощности.
Однако традиционный полумостовой модульный блок обладает внутренне присущим ему дефектом, при котором невозможно эффективно справляться с повреждением при постоянном токе (DC), а мостовой модуль, способный подавлять ток повреждения DC, также обладает такими недостатками, как большие потери и высокая себестоимость. Таким образом, оптимизация эксплуатационных характеристик ММС становится ключевым техническим фактором при решении задач в межсоединениях DC.
В виду вышесказанного, авторы настоящего изобретения провели исследования и усовершенствовали способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя, результатом чего и стала настоящая заявка.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание способа модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя и способа изоляции повреждения. При этом способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя способен уменьшать тепловое напряжение силового полупроводникового переключателя в преобразователе, увеличивать емкость преобразователя, преодолевать недостатки мостового субмодуля и достигать улучшенных эксплуатационных характеристик как с точки зрения экономической эффективности, так и с технической стороны. Способ изоляции повреждения субмодульного блока способен гибко выбирать способ модуляции сигнала управления с целью эффективной изоляции вышедшего из строя переключающего транзистора. Данный способ не оказывает влияния на работу системы, а также уменьшает частоту отказов субмодульного блока, за счет чего повышается доступность системы в целом.
Для достижения вышеуказанной цели, решение в соответствии с настоящим изобретением представляет собой способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя, при этом модульный многоуровневый преобразователь содержит по меньшей мере одно плечо моста, при этом плечо моста содержит по меньшей мере один мостовой субмодульный блок, при этом мостовой субмодульный блок содержит первый силовой полупроводниковый переключатель, второй силовой полупроводниковый переключатель, третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, при этом:
способ модуляции сигнала управления включает первый режим и второй режим; мостовой субмодульный блок сначала входит в первый режим, затем входит во второй режим, повторно входит в первый режим и т. д.; или сначала входит во второй режим, затем входит в первый режим, повторно входит во второй режим и т. д.;
в первом режиме сигнал управления попеременно подается на первый силовой полупроводниковый переключатель и на второй силовой полупроводниковый переключатель, так что первый силовой полупроводниковый переключатель и второй силовой полупроводниковый переключатель включаются попеременно в одной временной последовательности, тогда как дополнительный сигнал управления подается на третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, так что третий силовой полупроводниковый переключатель обычно выключен, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель обычно включен; и
во втором режиме сигнал управления попеременно подается на третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, так что третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель включаются попеременно в одной временной последовательности, тогда как дополнительный сигнал управления подается на первый силовой полупроводниковый переключатель и второй силовой полупроводниковый переключатель, так что первый силовой полупроводниковый переключатель обычно включен, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель обычно выключен.
Кроме того, первый силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т1 и диод D1 обратной цепи в антипараллельной ориентации относительно переключающего транзистора Т1; второй силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т2 и диод D2 обратной цепи в антипараллельной ориентации относительно переключающего транзистора Т2; третий силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т3 и диод D3 обратной цепи в антипараллельной ориентации относительно переключающего транзистора Т3; и четвертый силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т4 и диод D4 обратной цепи в антипараллельной ориентации относительно переключающего транзистора Т4.
При этом каждый из переключающих транзисторов Т1—Т4, как предполагается, представляет собой IGBT, IGCT, GTO или MOSFET.
Также способ модуляции сигнала управления включает следующие этапы:
1) состояние разряда конденсатора в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3, и переключающие транзисторы Т1 и Т4 включаются, а энергонакопительный элемент С1 разряжается при токе в прямом направлении;
2) состояние шунтирования в прямом направлении в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, и диод D2 обратной цепи и переключающий транзистор Т4 включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в прямом направлении;
3) состояние разряда конденсатора в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3, и диоды D1 и D4 обратной цепи включаются, а энергонакопительный элемент С1 заряжается при токе в обратном направлении;
4) состояние шунтирования в обратном направлении в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, и переключающий транзистор Т2 и диод D4 обратной цепи включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в обратном направлении;
5) состояние разряда конденсатора во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3, и переключающие транзисторы Т1 и Т4 включаются, а энергонакопительный элемент С1 разряжается при токе в прямом направлении;
6) состояние шунтирования в прямом направлении во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, и переключающий транзистор Т1 и диод D3 обратной цепи включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в прямом направлении;
7) состояние разряда конденсатора во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3, и диоды D1 и D4 обратной цепи включаются, а энергонакопительный элемент С1 заряжается при токе в обратном направлении; и
8) состояние шунтирования в обратном направлении во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, и диод D1 обратной цепи и переключающий транзистор Т3 включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в обратном направлении.
Для решения вышеописанной технической проблемы, еще одно техническое решение, принятое в настоящем изобретении, представляет собой способ изоляции повреждения субмодульного блока, при этом субмодульный блок представляет собой мостовой субмодульный блок, при этом когда для выполнения модуляции используется вышеописанный способ модуляции сигнала управления многоуровневого модульного преобразователя, если выходит из строя второй силовой полупроводниковый переключатель или третий силовой полупроводниковый переключатель в мостовом субмодульном блоке или если выходит из строя схема управления второго силового полупроводникового переключателя или третьего силового полупроводникового переключателя, то вышедший из строя силовой полупроводниковый переключатель изолируют путем изменения режима модуляции сигнала управления, в то время как мостовой субмодульный блок не прекращает работу.
Настоящее изобретение делает возможным уравновешивание теплового напряжения силовых полупроводниковых переключателей в субмодуле за счет модуляции сигнала управления, посредством которой повышается емкость преобразователя, и изменений токового напряжения переключающих транзисторов и антипараллельных диодов переключающих транзисторов за счет изменения чередования сигнала управления в двухступенчатом режиме. Потери переключающих транзисторов и их антипараллельных диодов становятся более однородными, температуры контактов силовых полупроводниковых переключателей уменьшаются, и расширяются пределы безопасной эксплуатации. Емкость преобразователя может быть повышена за счет снижения температур контактов силовых полупроводниковых переключателей.
Поскольку мостовой субмодульный блок содержит один переключающий транзистор в состоянии блокирования как в первом режиме, так и во втором режиме, в настоящем изобретении при обнаружении того, что какой-либо из переключающих транзисторов вышел из строя, когда вышедший из строя транзистор устанавливается в состояние блокирования, может быть выбрана одна из действующих ступеней 1 и 2, при этом остальные три переключающих транзистора по-прежнему действуют обычным образом, и мостовой субмодульный блок не шунтируется. Если выходит из строя какой-либо из переключающих транзисторов или его схема управления, для эффективной изоляции этого вышедшего из строя переключающего транзистора без воздействия на работу системы, может быть гибко выбран способ модуляции сигнала управления. Мостовой субмодульный блок может допускать то, что один переключающий транзистор или его схема управления выходит из строя и не шунтируется, посредством чего уменьшается частота отказов этого субмодульного блока и повышается доступность системы в целом.
Подводя итог вышесказанному, в сравнении с известным уровнем техники, полезные эффекты настоящего изобретения заключаются в том, что настоящее изобретение способно выполнять уравновешивание теплового напряжения силовых полупроводниковых переключателей в субмодульном блоке, за счет чего увеличивается емкость преобразователя и снижается себестоимость единицы емкости преобразователя; расширять пределы безопасной эксплуатации субмодульного блока и увеличивать надежность системы без увеличения капиталовложений; и выдерживать выход из строя любого из транзисторов IGBT в мостовом субмодульном блоке, действуя в обычном режиме, за счет чего снижается риск шунтирования мостового субмодульного блока и увеличивается доступность системы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 показана топология модульного многоуровневого преобразователя в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 показана принципиальная схема различных условий работы мостового субмодульного блока на ступени 1 в соответствии с настоящим изобретением:
(a) цепь разряда при токе в прямом направлении;
(b) шунтирующая цепь при токе в прямом направлении;
(c) цепь заряда при токе в обратном направлении; и
(d) шунтирующая цепь при токе в обратном направлении.
На фиг. 3 показана принципиальная схема различных условий работы мостового субмодульного блока на ступени 2 в соответствии с настоящим изобретением:
(a) цепь разряда при токе в прямом направлении;
(b) шунтирующая цепь при токе в прямом направлении;
(c) цепь заряда при токе в обратном направлении; и
(d) шунтирующая цепь при токе в обратном направлении.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже со ссылкой на сопроводительные графические материалы подробно описаны технические решения настоящего изобретения.
Вариант осуществления 1
Со ссылкой на фиг. 1, 2 и 3 показан способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя, при этом модульный многоуровневый преобразователь содержит по меньшей мере одно плечо моста, в частности шесть плеч моста в настоящем варианте осуществления, при этом плечо моста содержит по меньшей мере один мостовой субмодульный блок, при этом мостовой субмодульный блок содержит первый силовой полупроводниковый переключатель, второй силовой полупроводниковый переключатель, третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, при этом способ модуляции сигнала управления включает первый режим и второй режим; мостовой субмодульный блок сначала входит в первый режим, затем входит во второй режим, повторно входит в первый режим и т. д.; или сначала входит во второй режим, затем входит в первый режим, повторно входит во второй режим и т. д.;
в первом режиме сигнал управления попеременно подается на первый силовой полупроводниковый переключатель и на второй силовой полупроводниковый переключатель, так что первый силовой полупроводниковый переключатель и второй силовой полупроводниковый переключатель включаются попеременно в одной временной последовательности, тогда как дополнительный сигнал управления подается на третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, так что третий силовой полупроводниковый переключатель обычно выключен, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель обычно включен; и
во втором режиме сигнал управления попеременно подается на третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, так что третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель включаются попеременно в одной временной последовательности, тогда как дополнительный сигнал управления подается на первый силовой полупроводниковый переключатель и второй силовой полупроводниковый переключатель, так что первый силовой полупроводниковый переключатель обычно включен, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель обычно выключен.
В качестве предпочтительного варианта осуществления первый силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т1 и диод D1 обратной цепи в антипараллельной ориентации относительно переключающего транзистора Т1; второй силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т2 и диод D2 обратной цепи в антипараллельной ориентации относительно переключающего транзистора Т2; третий силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т3 и диод D3 обратной цепи в антипараллельной ориентации относительно переключающего транзистора Т3; и четвертый силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т4 и диод D4 обратной цепи в антипараллельной ориентации относительно переключающего транзистора Т4; и каждый из переключающих транзисторов Т1—Т4, как предполагается, представляет собой IGBT, IGCT, GTO или MOSFET.
Кроме того, способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя включает следующие этапы:
1) состояние разряда конденсатора в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3, и переключающие транзисторы Т1 и Т4 включаются, а энергонакопительный элемент С1 разряжается при токе в прямом направлении, как показано на фиг. 2a;
2) состояние шунтирования в прямом направлении в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, и диод D2 обратной цепи и переключающий транзистор Т4 включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в прямом направлении, как показано на фиг. 2b;
3) состояние разряда конденсатора в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3, и диоды D1 и D4 обратной цепи включаются, а энергонакопительный элемент С1 заряжается при токе в обратном направлении, как показано на фиг. 2c;
4) состояние шунтирования в обратном направлении в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, и переключающий транзистор Т2 и диод D4 обратной цепи включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в обратном направлении, как показано на фиг. 2d;
5) состояние разряда конденсатора во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3, и переключающие транзисторы Т1 и Т4 включаются, а энергонакопительный элемент С1 разряжается при токе в прямом направлении, как показано на фиг. 3a;
6) состояние шунтирования в прямом направлении во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, и переключающий транзистор Т1 и диод D3 обратной цепи включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в прямом направлении, как показано на фиг. 3b;
7) состояние разряда конденсатора во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3, и диоды D1 и D4 обратной цепи включаются, а энергонакопительный элемент С1 заряжается при токе в обратном направлении, как показано на фиг. 3c; и
8) состояние шунтирования в обратном направлении во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, и диод D1 обратной цепи и переключающий транзистор Т3 включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в обратном направлении, как показано на фиг. 3d.
Вариант осуществления 2
Настоящий вариант осуществления предусматривает способ изоляции повреждения субмодульного блока, при этом субмодульный блок представляет собой мостовой субмодульный блок. Когда для выполнения модуляции используется способ модуляции сигнала управления многоуровневого модульного преобразователя в соответствии с вариантом осуществления 1, если выходит из строя второй силовой полупроводниковый переключатель или если выходит из строя схема управления второго силового полупроводникового переключателя, то вышедший из строя второй силовой полупроводниковый переключатель изолируют путем изменения режима модуляции сигнала управления, в то время как мостовой субмодульный блок не прекращает работу и действует во втором режиме, как показано на фиг. 3.
Вариант осуществления 3
Настоящий вариант осуществления предусматривает способ изоляции повреждения субмодульного блока, при этом субмодульный блок представляет собой мостовой субмодульный блок. Когда для выполнения модуляции используется способ модуляции сигнала управления многоуровневого модульного преобразователя в соответствии с вариантом осуществления 1, если выходит из строя третий силовой полупроводниковый переключатель или если выходит из строя схема управления третьего силового полупроводникового переключателя, то вышедший из строя третий силовой полупроводниковый переключатель изолируют путем изменения режима модуляции сигнала управления, в то время как мостовой субмодульный блок не прекращает работу и действует в первом режиме, как показано на фиг. 2.

Claims (19)

1. Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя, при этом модульный многоуровневый преобразователь содержит по меньшей мере одно плечо моста, при этом плечо моста содержит по меньшей мере один мостовой субмодульный блок, при этом мостовой субмодульный блок содержит первый силовой полупроводниковый переключатель, второй силовой полупроводниковый переключатель, третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, при этом:
мостовой субмодульный блок действует в двух чередующихся рабочих режимах, обозначаемых как первый режим и второй режим;
сначала входит в первый режим, затем входит во второй режим, повторно входит в первый режим и т. д.;
или сначала входит во второй режим, затем входит в первый режим, повторно входит во второй режим и т. д.;
в первом режиме переменный сигнал управления подается на первый силовой полупроводниковый переключатель и второй силовой полупроводниковый переключатель так, что первый силовой полупроводниковый переключатель и второй силовой полупроводниковый переключатель включаются попеременно в одной временной последовательности, тогда как комплементарный сигнал управления подается на третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, так что третий силовой полупроводниковый переключатель остается в выключенном состоянии, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель остается во включенном состоянии во временной последовательности попеременного включения первого силового полупроводникового переключателя и второго силового полупроводникового переключателя; и
во втором режиме переменный сигнал управления подается на третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель, так что третий силовой полупроводниковый переключатель и четвертый силовой полупроводниковый переключатель включаются попеременно в одной временной последовательности, тогда как комплементарный сигнал управления подается на первый силовой полупроводниковый переключатель и второй силовой полупроводниковый переключатель, так что первый силовой полупроводниковый переключатель остается во включенном состоянии, а второй силовой полупроводниковый переключатель остается в выключенном состоянии во временной последовательности попеременного включения третьего силового полупроводникового переключателя и четвертого силового полупроводникового переключателя.
2. Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя по п. 1, отличающийся тем, что первый силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т1 и диод D1 обратной цепи во встречно-параллельном подключении к переключающему транзистору Т1; второй силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т2 и диод D2 обратной цепи во встречно-параллельном подключении к переключающему транзистору Т2; третий силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т3 и диод D3 обратной цепи во встречно-параллельном подключении к переключающему транзистору Т3; и четвертый силовой полупроводниковый переключатель содержит переключающий транзистор Т4 и диод D4 обратной цепи во встречно-параллельном подключении к переключающему транзистору Т4.
3. Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждый из переключающих транзисторов Т1, T2, T3 и Т4, как предполагается, представляет собой IGBT, IGCT, GTO или MOSFET.
4. Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя по п. 2, включающий следующие этапы:
1) состояние разряда конденсатора в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3,
и переключающие транзисторы Т1 и Т4 включаются, а энергонакопительный элемент С1 разряжается при токе в прямом направлении;
2) состояние шунтирования в прямом направлении в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3 и диод D2 обратной цепи и переключающий транзистор Т4 включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в прямом направлении;
3) состояние разряда конденсатора в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3 и диоды D1 и D4 обратной цепи включаются, а энергонакопительный элемент С1 заряжается при токе в обратном направлении;
4) состояние шунтирования в обратном направлении в первом режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3 и переключающий транзистор Т2 и диод D4 обратной цепи включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в обратном направлении;
5) состояние разряда конденсатора во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3 и переключающие транзисторы Т1 и Т4 включаются, а энергонакопительный элемент С1 разряжается при токе в прямом направлении;
6) состояние шунтирования в прямом направлении во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4 и переключающий транзистор Т1 и диод D3 обратной цепи включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в прямом направлении;
7) состояние разряда конденсатора во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т4, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т3 и диоды D1 и D4 обратной цепи включаются, а энергонакопительный элемент С1 заряжается при токе в обратном направлении; и
8) состояние шунтирования в обратном направлении во втором режиме: сигнал на включение подается на переключающие транзисторы Т1 и Т3, сигнал на выключение подается на переключающие транзисторы Т2 и Т4 и диод D1 обратной цепи и переключающий транзистор Т3 включаются, а мостовой субмодульный блок шунтируется при токе в обратном направлении.
5. Способ изоляции повреждения субмодульного блока, при этом субмодульный блок представляет собой мостовой субмодульный блок, при этом, когда для выполнения модуляции используется способ модуляции сигнала управления многоуровневого модульного преобразователя по любому из пп. 1–4, если выходит из строя второй силовой полупроводниковый переключатель или третий силовой полупроводниковый переключатель в мостовом субмодульном блоке или если выходит из строя схема управления второго силового полупроводникового переключателя или третьего силового полупроводникового переключателя, то вышедший из строя силовой полупроводниковый переключатель изолируют путем изменения режима модуляции сигнала управления, в то время как мостовой субмодульный блок не прекращает работу.
RU2017143387A 2015-07-01 2016-07-13 Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя и способ изоляции повреждения RU2676226C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510379627.7A CN106329950B (zh) 2015-07-01 2015-07-01 模块化多电平换流器驱动信号调制方法及故障隔离方法
CN201510379627.7 2015-07-01
PCT/CN2016/089945 WO2017000924A1 (zh) 2015-07-01 2016-07-13 模块化多电平换流器驱动信号调制方法及故障隔离方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2676226C1 true RU2676226C1 (ru) 2018-12-26

Family

ID=57607888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143387A RU2676226C1 (ru) 2015-07-01 2016-07-13 Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя и способ изоляции повреждения

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10224833B2 (ru)
CN (1) CN106329950B (ru)
AU (1) AU2016286709B2 (ru)
RU (1) RU2676226C1 (ru)
WO (1) WO2017000924A1 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105811794B (zh) * 2016-05-06 2018-03-30 上海海事大学 多电平逆变器的参考电压信号重构的容错控制方法
CN107786110B (zh) * 2016-08-31 2020-08-14 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种基于h桥的mmc子模块拓扑结构调制方法
CN106712238B (zh) * 2017-01-16 2019-05-07 南京南瑞继保电气有限公司 一种子模块混合型换流器的充电方法
CN108512402A (zh) * 2017-02-27 2018-09-07 台达电子企业管理（上海）有限公司 H桥电路中功率半导体开关的驱动方法
CN109687687A (zh) * 2017-10-19 2019-04-26 南京南瑞继保电气有限公司 一种全桥子模块的损耗均衡控制方法及装置
CN110011327A (zh) * 2019-03-29 2019-07-12 浙江大学 一种基于有源电力滤波器的模块化多电平电路
CN110277896A (zh) * 2019-08-02 2019-09-24 中国矿业大学(北京) 一种用于全控h桥拓扑结构的新型主动温度控制策略
CN111817581B (zh) * 2020-07-17 2021-09-24 山东大学 一种多电平换流器的运行控制方法及控制系统
CN116404859B (zh) * 2023-04-12 2023-09-19 燕山大学 一种四桥臂矩阵变换器及开关管开路故障下的调制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2568591A1 (en) * 2011-09-12 2013-03-13 Green Power Technologies, S.L. Multilevel-clamped multilevel converters (MLC2)
RU130160U1 (ru) * 2013-02-05 2013-07-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Устройство преобразования тока или напряжения
KR20130135979A (ko) * 2011-03-29 2013-12-11 지멘스 악티엔게젤샤프트 역방향 도통 전력 반도체 스위치를 포함하는 모듈식 다중 컨버터
WO2015041691A1 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Siemens Aktiengesellschaft . A new four-level converter cell topology for cascaded modular multilevel converters
RU2551420C2 (ru) * 2010-01-25 2015-05-27 Абб Рисерч Лтд Способ управления электрическим преобразователем

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6972972B2 (en) * 2002-04-15 2005-12-06 Airak, Inc. Power inverter with optical isolation
JP4969614B2 (ja) 2009-07-21 2012-07-04 株式会社日立製作所 電力変換装置
US9112422B1 (en) * 2010-03-09 2015-08-18 Vlt, Inc. Fault tolerant power converter
CN202616988U (zh) * 2012-05-03 2012-12-19 Abb研究有限公司 具有旁路功能的半桥功率转换器单元
CN102739030A (zh) * 2012-07-04 2012-10-17 浙江省电力试验研究院技术服务中心 一种全桥型mmc-hvdc的启动方法
CN103248255B (zh) 2013-05-24 2014-12-31 哈尔滨工业大学 三相模块化多电平换流器及其子模块中igbt开路故障检测容错方法
CN204068699U (zh) * 2014-09-11 2014-12-31 华南理工大学 一种具有直流短路故障自清除能力的mmc子模块
CN104410260B (zh) 2014-10-28 2017-05-10 浙江大学 一种具有容错能力可实现直流故障自主防护的mmc子模块结构及其mmc调制方法
CN104393780B (zh) 2014-11-26 2016-12-07 华北电力大学 全桥模块化多电平变换器子模块电压控制方法
CN104617803B (zh) 2015-01-13 2018-07-06 嘉兴清源电气科技有限公司 多电平变流器子模块及其制作的逆变电路、mmc拓扑
US9893633B1 (en) * 2016-03-23 2018-02-13 The Florida State University Research Foundation, Inc. Modular multilevel DC-DC converter and associated method of use

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2551420C2 (ru) * 2010-01-25 2015-05-27 Абб Рисерч Лтд Способ управления электрическим преобразователем
KR20130135979A (ko) * 2011-03-29 2013-12-11 지멘스 악티엔게젤샤프트 역방향 도통 전력 반도체 스위치를 포함하는 모듈식 다중 컨버터
EP2568591A1 (en) * 2011-09-12 2013-03-13 Green Power Technologies, S.L. Multilevel-clamped multilevel converters (MLC2)
RU130160U1 (ru) * 2013-02-05 2013-07-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" Устройство преобразования тока или напряжения
WO2015041691A1 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Siemens Aktiengesellschaft . A new four-level converter cell topology for cascaded modular multilevel converters

Also Published As

Publication number Publication date
CN106329950B (zh) 2019-01-08
CN106329950A (zh) 2017-01-11
AU2016286709A1 (en) 2017-12-14
WO2017000924A1 (zh) 2017-01-05
AU2016286709B2 (en) 2018-07-19
US10224833B2 (en) 2019-03-05
US20180226900A1 (en) 2018-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2676226C1 (ru) Способ модуляции сигнала управления модульного многоуровневого преобразователя и способ изоляции повреждения
US10998813B2 (en) Modular multi-level converter and DC failure blocking method therefor
CA2640688C (en) Switchgear cell and converter circuit for switching a large number of voltage levels
KR101853001B1 (ko) 역방향 도통 전력 반도체 스위치를 포함하는 모듈식 다중 컨버터
JP5002706B2 (ja) 電力変換装置
US11139733B2 (en) Modular multilevel converter sub-module having DC fault current blocking function and method of controlling the same
US10003273B2 (en) Power conversion device
EP3120448B1 (en) Hybrid three-level npc thyristor converter with chain-link strings as inner ac switches
US20190052187A1 (en) Dual submodule for a modular multilevel converter and modular multilevel converter including the same
TWI539737B (zh) 五電平變換裝置
US10547251B1 (en) Method for shutdown of an active neutral point clamped converter
BR102014008470A2 (pt) aparelho inversor multinível de estágio de pré-carga de força e dinâmica de frenagem
JP2013027260A (ja) 電力変換装置
CN101268606A (zh) 故障情况下用于实现带有分布储能器的多相变流器的冗余工作模式的控制方法
US10153711B2 (en) Electric power conversion device
KR101373170B1 (ko) 컨버터
US20160006368A1 (en) Power Converter
WO2018233358A1 (zh) 变流器及其驱动方法
EP3357160A1 (en) Semiconductor switching string
WO2019185327A1 (en) Voltage source converter apparatus
JP2004357492A (ja) 短絡電流保護が施されたコンバータ回路
KR101943881B1 (ko) Ｍｍｃ 컨버터
JP4491718B2 (ja) ３レベルコンバータ
WO2018091116A1 (en) Method of operating a chain-link converter
WO2020243817A1 (en) Modified half-bridge submodule for multi-level voltage sourced converter with dc fault suppression capability and related method