一种模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术实施例涉及一种模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置包括旁路开关、全控开关元件组合、第一储能电容、放电电阻、自取能电源、控制器、第一可控开关器件、第二储能电容、第二可控开关器件和无源过压触发回路，旁路开关上设置有磁力线圈。该模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置通过第一储能电容给旁路开关提供电源实现闭合，不依赖自取能电源的供能；当自取能电源或控制器故障后导致旁路开关闭合失败，采用无源过压触发回路触发导通第二可控开关器件以及第一储能电容存储的电能给第二磁力线圈供电驱动第二旁路开关的闭合，避免自取能电源或控制器故障后导致旁路开关闭合失败情况的发生，提高了柔性直流输电的可靠性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置
本技术涉及柔性直流输电
，尤其涉及一种模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置。
技术介绍
柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路(通常为直流电缆)构成。[1]基于电压源换流器的高压直流输电(VoltageSourceConverterbasedHighVoltageDirectCurrentTransmission，VSC-HVDC)技术由加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。现有的柔性直流输电工程普遍采用模块化多电平拓扑作为换流阀的基本结构形式，在该拓扑中换流阀的每个桥臂由一个个功率模块串联构成，每个功率模块含有IGBT器件、电容、放电电阻、自取能电源、机械式的旁路开关和功率模块控制器等构成。每个功率模块仅通过一对光纤与处于地电位的阀级控制保护装置连接，功率模块内控制器等二次元件工作电源和机械式旁路开关的驱动电源由功率模块内部自取能电源提供，自取能电源的原边从功率模块电容两端进行取电。当功率模块内一次、二次元件发生故障影响功率模块正常工作后，由功率模块控制器向机械式旁路开关下发旁路命令，使旁路开关闭合，从而将该功率模块从串联回路中切除，在功率模块冗余数量范围内换流阀可以继续维持运行。现有柔性直流输电中的机械式旁路开关闭合需要满足两个条件：一是机械式旁路开关内用于驱动开关闭合的储能电容储能充足；二是机械式旁路开关正确收到控制器下方的旁路命令。因此当功率模块内自取能电源或控制器发生故障后，当上述两个条件不同时满足，机械式旁路开关将会产生拒动，拒动后产生的电流、电压会击穿IGBT器件等电子器件，甚至还会发生爆炸破裂等破坏性后果，对换流阀的安全产生严重威胁，导致柔性直流输电的可靠性低以及安全性能差。如图7所示，现有换流阀的功率模块上含有一个用于驱动旁路开关K闭合的驱动电路，以图6视图的方向作为参考方向，驱动电路包括磁力线圈L1、第二储能电容C2、第一可控开关器件T1和控制器，磁力线圈L1的第一端与第一可控开关器件T1的第二端连接，磁力线圈L1的第二端分别与第二储能电容C2的正极和自取能电源Vc的正极连接，第一可控开关器件T1的第二端分别与第二储能电容C2的负极和自取能电源Vc的负极连接，第一可控开关器件T1的控制端与控制器连接。其中，自取能电源Vc给第二储能电容C2提供电能。第一可控开关器件T1为用于触发的晶闸管，当功柔性直流输电中换流阀的功率模块产生故障时，由控制器控制第一可控开关器件T1触发导通，迫使第二储能电容C2向磁力线圈L1放电，磁力线圈L1产生磁力驱动旁路开关K闭合。因此当旁路开关K闭合需要第二储能电容C2中具有储存的电能和第一可控开关器件T1导通同时满足，旁路开关K才会闭合。如果功率模块内自取能电源Vc或控制器发生故障后，第一可控开关器件T1未被触发导通或第二储能电容C2没有存储电能，旁路开关K将会产生拒动，拒动后，由于全控开关元件组合S中的二极管的单向导通性，第一储能电容C1将会在功率模块中的桥臂电流下持续充电，甚至会超过耐压值，产生击穿放电、爆炸破裂等，从而会导致柔性直流输电的安全产生严重威胁。又因，自取能电源Vc和控制器属于换流阀中功率模块内复杂程度较高的二次部件，其故障概率相对其他换流阀中功率模块的全控开关元件组合、电容、电阻电能一次部件相对较高，因此上述问题属于换流阀中功率模块内不可忽视的安全风险点。因此，针对上述情况，如何提高柔性直流输电的可靠性和安全性成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
技术实现思路
本技术实施例提供了一种模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置，用于解决现有柔性直流输电的换流阀功率模块中存在安全隐患，导致柔性直流输电的可靠性低以及安全性能差的技术问题。为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：一种模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置，应用于柔性直流输电上，包括全控开关元件组合、第一储能电容、放电电阻、自取能电源和控制器，所述模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置还包括至少两组旁路开关、第一可控开关器件、第二可控开关器件和无源过压触发回路，两组所述旁路开关分别为第一旁路开关和第二旁路开关，所述第一旁路开关包括第一开关元件、第一磁力线圈和第二储能电容，第二旁路开关包括第二开关元件和第二磁力线圈；所述第一磁力线圈的第一端分别与所述自取能电源的正极和所述第二储能电容的正极连接，所述第一磁力线圈的第二端与所述第一可控开关器件的第二端连接，所述第一可控开关器件的控制端和所述控制器连接，所述第一可控开关器件的第一端和所述第二储能电容的负极均与所述自取能电源的负极连接；所述第二磁力线圈的第一端与所述放电电阻连接，所述第二磁力线圈的第二端与所述第二可控开关器件的第二端连接，所述第二可控开关器件的控制端与所述无源过压触发回路连接，所述无源过压触发回路与所述第一储能电容连接，所述第二可控开关器件的第一端与所述第一储能电容的负极连接。优选地，所述无源过压触发回路用于触发所述第二可控开关器件导通工作，所述无源过压触发回路包括第一过电压保护器件、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和所述第四电阻串联连接且其串联连接点作为第一节点，所述第一过电压保护器件的第二端与所述第一节点连接，所述第一过电压保护器件的第一端与所述第二可控开关元件的控制端连接。优选地，所述放电电阻包括第一电阻与所述第一电阻串联的第二电阻，所述第一电阻与所述第二电阻串联连接点作为第二节点，所述第二节点与所述第二磁力线圈的第一端连接，第二可控开关器件的第一端分别与所述第二电阻和自取能电源连接。优选地，所述第一过电压保护器件为击穿二极管。优选地，所述第一可控开关器件为晶闸管、IGBT器件或IEGT器件。优选地，所述无源过压触发回路包括第一过电压保护器件、第三电阻、第四电阻和与所述第一过电压保护器件连接的至少一个第二过电压保护器件，所述第三电阻和所述第四电阻串联连接且其串联连接点作为第一节点，所述第一过电压保护器件的第二端与所述第一节点连接，所述第二过电压保护器件的第一端与所述第二可控开关元件的控制端连接。优选地，所述第二过电压保护器件为击穿二极管。优选地，所述第二可控开关器件为一个晶闸管、IGBT器件或IEGT器件组成的可控开关器件。优选地，所述第二可控开关器件为至少两个晶闸管、IGBT器件或IEGT器件串联连接组成的可控开关器件。优选地，所述全控开关元件组合为半桥子模块、全桥子模块、钳位子模块、串联双子模块、二极管钳位型子模块、增强自阻型子模块中任意一种的全控开关元件连接结构。从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：该模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置，应用于柔性直流输电上，包括全控开关元件组合、第一储能电容、放电电阻、自取能电源和控制器，其特征在于，所述模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置还包括至少两组旁路开关、第一可控开关器件、第二可控开关器件和无源过压触发回路，两组所述旁路开关分别为第一旁路开关和第二旁路开关，所述第一旁路开关包括第一开关元件、第一磁力线圈和第二储能电容，第二旁路开关包括第二开关元件和第二磁力线圈；/n所述第一磁力线圈的第一端分别与所述自取能电源的正极和所述第二储能电容的正极连接，所述第一磁力线圈的第二端与所述第一可控开关器件的第二端连接，所述第一可控开关器件的控制端和所述控制器连接，所述第一可控开关器件的第一端和所述第二储能电容的负极均与所述自取能电源的负极连接；/n所述第二磁力线圈的第一端与所述放电电阻连接，所述第二磁力线圈的第二端与所述第二可控开关器件的第二端连接，所述第二可控开关器件的控制端与所述无源过压触发回路连接，所述无源过压触发回路与所述第一储能电容连接，所述第二可控开关器件的第一端与所述第一储能电容的负极连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置，应用于柔性直流输电上，包括全控开关元件组合、第一储能电容、放电电阻、自取能电源和控制器，其特征在于，所述模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置还包括至少两组旁路开关、第一可控开关器件、第二可控开关器件和无源过压触发回路，两组所述旁路开关分别为第一旁路开关和第二旁路开关，所述第一旁路开关包括第一开关元件、第一磁力线圈和第二储能电容，第二旁路开关包括第二开关元件和第二磁力线圈；
所述第一磁力线圈的第一端分别与所述自取能电源的正极和所述第二储能电容的正极连接，所述第一磁力线圈的第二端与所述第一可控开关器件的第二端连接，所述第一可控开关器件的控制端和所述控制器连接，所述第一可控开关器件的第一端和所述第二储能电容的负极均与所述自取能电源的负极连接；
所述第二磁力线圈的第一端与所述放电电阻连接，所述第二磁力线圈的第二端与所述第二可控开关器件的第二端连接，所述第二可控开关器件的控制端与所述无源过压触发回路连接，所述无源过压触发回路与所述第一储能电容连接，所述第二可控开关器件的第一端与所述第一储能电容的负极连接。


2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置，其特征在于，所述无源过压触发回路用于触发所述第二可控开关器件导通工作，所述无源过压触发回路包括第一过电压保护器件、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和所述第四电阻串联连接且其串联连接点作为第一节点，所述第一过电压保护器件的第二端与所述第一节点连接，所述第一过电压保护器件的第一端与所述第二可控开关元件的控制端连接。


3.根据权利要求2所述的模块化多电平换流阀的功率模块无源旁路装置，其特征在于，所述第一过电压保护器件为击穿二极管。


4.根据权利要求1所述的模块化多电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，许树楷，朱喆，周月宾，邹常跃，史尤杰，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司，
类型：新型
国别省市：广东;44