换流阀子模块和模块化多电平换流器制造技术

本发明专利技术涉及一种换流阀子模块和模块化多电平换流器，换流阀子模块包括正端、负端、第一开关模块、第二开关模块、充放电模块和二次控制保护模块，第一开关模块和第二开关模块均包括第一端、第二端和控制端，充放电模块设正极和负极；第一开关模块的第一端连接第二开关模块的第一端，且公共端连接正端，第一开关模块的第二端连接充放电模块的正极，第二开关模块的第二端连接充放电模块的负极，且公共端连接负端，第一开关模块和第二开关模块的控制端均连接二次控制保护模块。通过二次控制保护模块控制第一开关模块和第二开关模块的状态，从而控制充放电模块充/放电，及时切断短路电流，或实现快速恢复启动正常工作，提高直流输电系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
换流阀子模块和模块化多电平换流器
本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及一种换流阀子模块和模块化多电平换流器。
技术介绍
换流器通常用于柔性直流输电，可由多个换流阀子模块构成。由于柔性直流输电网络的低阻尼特性，常导致直流输电系统发生短路故障。短路故障初期电流上升率达到数千安每毫秒级别，目前直流断路器技术还没有取得突破，无法快速切断故障电流，交流断路器几十毫秒的分断速度，会使直流输电系统中换流器等关键装备承受苛刻的电气应力，降低了设备运行的安全性。为提高设备运行的安全性，传统的方法是在直流输电系统短路故障时，通过断开交流侧断路器来分断短路故障电流。然而，断开交流侧断路器的方式将导致直流输电系统短路故障后无法实现快速恢复，直流输电系统可靠性低。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以实现切断故障电流、短路故障后快速恢复电流以提高直流输电系统可靠性的换流阀子模块和模块化多电平换流器。一种换流阀子模块，包括正端、负端、第一开关模块、第二开关模块、充放电模块和二次控制保护模块，所述第一开关模块和所述第二开关模块均分别包括第一端、第二端和控制端，所述充放电模块设有正极和负极；所述第一开关模块的第一端连接所述第二开关模块的第一端，且公共端连接所述正端，所述第一开关模块的第二端连接所述充放电模块的正极，所述第一开关模块的控制端连接所述二次控制保护模块，所述第二开关模块的第二端连接所述充放电模块的负极，且公共端连接所述负端，所述第二开关模块的控制端连接所述二次控制保护模块；所述正端和负端分别接入和输出电压，所述二次控制保护模块在控制所述第二开关模块关断时，控制所述第一开关模块正向导通或负向导通；以及在控制所述第二开关模块导通时，控制所述第一开关模块正向导通；所述充放电模块在所述第一开关模块正向导通或负向导通、且所述第二开关模块关断时进行充放电。一种模块化多电平换流器，包括至少两个依次级联的上述换流阀子模块。上述换流阀子模块，在直流输电系统短路故障时，二次控制保护模块控制第一开关模块正向导通或负向导通及控制第二开关模块关断，从而控制充放电模块充电或放电，及时切断短路电流，保护了换流站设备；同时在故障切除后，二次控制保护模块控制第一开关模块正向导通及控制第二开关模块导通，电流通过第二开关模块从而快速恢复启动正常工作，换流阀子模块可以自由切换工作状态，提高直流输电系统的可靠性。上述模块化多电平换流器，由于包含上述换流阀子模块，同理可以在直流输电系统短路故障时及时切断短路电流，保护换流站设备，在故障切除后快速恢复启动正常工作，提高直流输电系统的可靠性。附图说明图1为一实施例中本专利技术换流阀子模块的结构图；图2为一实施例中本专利技术换流阀子模块的电气原理图；图3为一具体实施例中正向电流充电状态的示意图；图4为一具体实施例中负向电流放电状态的示意图；图5为一具体实施例中正向电流旁路状态的示意图；图6为一具体实施例中负向电流旁路状态的示意图；图7为一具体实施例中故障旁路状态的示意图；图8为一实施例中本专利技术模块化多电平换流器的结构图；图9为一实施例中本专利技术模块化多电平换流器的电气原理图。具体实施方式参考图1，本专利技术一实施例中的一种换流阀子模块，包括正端、负端、第一开关模块110、第二开关模块130、充放电模块150和二次控制保护模块170，第一开关模块110和第二开关模块130均分别包括第一端、第二端和控制端，充放电模块150设有正极和负极。第一开关模块110的第一端连接第二开关模块130的第一端，且公共端连接正端，第一开关模块110的第二端连接充放电模块150的正极，第一开关模块110的控制端连接二次控制保护模块170，第二开关模块130的第二端连接充放电模块150的负极，且公共端连接负端，第二开关模块130的控制端连接二次控制保护模块170。正端和负端分别接入和输出电压，二次控制保护模块170在控制第二开关模块130关断时，控制第一开关模块110正向导通或负向导通；以及在控制第二开关模块130导通时，控制第一开关模块110正向导通；充放电模块150在第一开关模块110正向导通或负向导通、且第二开关模块130关断时进行充放电。具体地，二次控制保护模块170输出闭锁信号至第一开关模块110和第二开关模块130，控制第一开关模块110正向导通、第二开关模块130关断，换流阀子模块工作在正向电流充电状态；此时充放电模块150充电，将切断短路故障电流回路，短路故障电流迅速被清除。二次控制保护模块170输出触发信号至第一开关模块110及输出闭锁信号至第二开关模块130，控制第一开关模块110负向导通、第二开关模块130关断，换流阀子模块工作在负向电流放电状态，此时充放电模块150放电。二次控制保护模块170输出闭锁信号至第一开关模块110及输出触发信号至第二开关模块130，控制第一开关模块110正向导通、第二开关模块130导通，换流阀子模块工作在正向电流旁路状态或负向电流旁路状态；此时充放电模块150无电流通过，电流可以正常通过换流阀子模块，直流输电系统切换到正常工作状态。其中，第一开关模块110正向导通，指允许电流从第一开关模块110的第一端流向第一开关模块110的第二端；第一开关模块110负向导通，指允许电流从第一开关模块110的第二端流向第一开关模块110的第一端。上述换流阀子模块，在直流输电系统短路故障时，二次控制保护模块170控制第一开关模块110正向导通或负向导通及控制第二开关模块130关断，从而控制充放电模块150充电或放电，及时切断短路电流，保护换流站设备；同时在故障切除后，二次控制保护模块130控制第一开关模块110正向导通及控制第二开关模块130导通，电流通过第二开关模块130从而快速恢复启动正常工作，换流阀子模块可以自由切换工作状态，提高直流输电系统的可靠性。在其中一实施例中，参考图2，第一开关模块110包括第一二极管D1和第一开关管T1，第一开关管T1的输出端连接第一二极管D1的正极，且公共端作为第一开关模块110的第一端，第一开关管T1的输入端连接第一二极管D1的负极，且公共端作为第一开关模块110的第二端，第一开关管T1的控制端作为第一开关模块110的控制端连接二次控制保护模块170。二次控制保护模块170输出闭锁信号至第一开关管T1，控制第一开关管T1关断，此时允许正向电流通过第一二极管D1从第一开关模块110的第一端流向第一开关模块110的第二端，对应第一开关模块110正向导通；二次控制保护模块170输出触发信号至第一开关管T1，控制第一开关管T1导通，此时允许负向电流通过第一开关管T1从第一开关模块110的第二端流向第一开关模块110的第一端，对应第一开关模块110负向导通。通过第一开关管T1和第一二极管D1反并联构成第一开关模块110，可以实现第一开关模块110的双向导通，便于换流阀子模块不同流向的电流通过。参考图3和图4，为一具体实施例中换流阀子模块的工作示意图，图3所示为第一开关模块110正向导通、第二开关模块130关断，换流阀子模块工作在正向电流充电状态；图4所示为第一开关模块110负向导通、第二开关模块130关断，换流阀子模块工作在负向电流放电状态。在其中一实施例中，第一开关管T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换流阀子模块，其特征在于，包括正端、负端、第一开关模块、第二开关模块、充放电模块和二次控制保护模块，所述第一开关模块和所述第二开关模块均分别包括第一端、第二端和控制端，所述充放电模块设有正极和负极；所述第一开关模块的第一端连接所述第二开关模块的第一端，且公共端连接所述正端，所述第一开关模块的第二端连接所述充放电模块的正极，所述第一开关模块的控制端连接所述二次控制保护模块，所述第二开关模块的第二端连接所述充放电模块的负极，且公共端连接所述负端，所述第二开关模块的控制端连接所述二次控制保护模块；所述正端和负端分别接入和输出电压，所述二次控制保护模块在控制所述第二开关模块关断时，控制所述第一开关模块正向导通或负向导通；以及在控制所述第二开关模块导通时，控制所述第一开关模块正向导通；所述充放电模块在所述第一开关模块正向导通或负向导通、且所述第二开关模块关断时进行充放电。

【技术特征摘要】
1.一种换流阀子模块，其特征在于，包括正端、负端、第一开关模块、第二开关模块、充放电模块和二次控制保护模块，还包括均压电阻，所述第一开关模块和所述第二开关模块均分别包括第一端、第二端和控制端，所述充放电模块设有正极和负极；所述第一开关模块的第一端连接所述第二开关模块的第一端，且公共端连接所述正端，所述第一开关模块的第二端连接所述充放电模块的正极，所述第一开关模块的控制端连接所述二次控制保护模块，所述第二开关模块的第二端连接所述充放电模块的负极，且公共端连接所述负端，所述第二开关模块的控制端连接所述二次控制保护模块；所述均压电阻一端连接所述第一开关模块与所述充放电模块的公共端，另一端连接所述第二开关模块与所述充放电模块的公共端；所述充放电模块包括多个直流支撑电容，多个所述直流支撑电容同向并联；所述直流支撑电容的正极作为所述充放电模块的正极，所述直流支撑电容的负极作为所述充放电模块的负极；所述第二开关模块包括第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第二开关管，所述第二二极管和所述第三二极管顺序串联，且公共端作为所述第二开关模块的第一端，所述第四二极管和所述第五二极管顺序串联，且公共端作为所述第二开关模块的第二端，所述第二二极管的负极连接所述第四二极管的负极，且公共端连接所述第二开关管的输入端，所述第三二极管的正极连接所述第五二极管的正极，且公共端连接所述第二开关管的输出端，所述第二开关管的控制端作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育权，熊文，王珂，尚慧玉，
申请(专利权)人：广州供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44