一种电压源换流器，该电压源换流器具有开关组件的串联连接，其中，每个开关组件（７）具有承载多个半导体芯片（３１）的导电板部件（３０），每个半导体芯片（３１）至少具有关断型半导体器件以及与关断型半导体器件并联连接的续流二极管。所述芯片通过如下方式彼此并联连接：每个所述芯片由至少一个独立的导体部件（３５，３６）连接到所述串联连接的相邻开关组件的所述板部件。每个开关组件具有如下的机械开关（３９）：该机械开关（３９）被配置为在开关组件正常工作的情况下是断开的，并且该机械开关（３９）被配置为能够使开关组件的所述板部件连接到相邻开关组件的板部件，以用于在通过开关组件的半导体芯片的短路电流出现的情况下对机械开关所属的开关组件的所述半导体芯片进行旁路。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有冗余开关单元的电压源换流器的经由烟火式闭合的机械开关的故障防护
和
技术介绍
本专利技术涉及如下的电压源换流器，该电压源换流器具有至少一个相臂，该至少一个相臂连接到换流器的直流电压侧的相对极并且包括开关组件的串联连接，每个开关组件具有承载多个半导体芯片的导电板部件，每个半导体芯片至少具有关断型半导体器件以及与关断型半导体器件并联连接的续流二极管，所述芯片通过如下方式彼此并联连接每个所述芯片由独立的导体部件连接到开关组件的所述串联连接的相邻开关组件的所述板部件，所述串联连接的中点形成如下的相输出该相输出被配置为连接到换流器的交流电压侧，并且该相输出被配置为将相臂分为上阀分支(valve branch)和下阀分支。这样的换流器包括有任意数量的所述相臂，但是这些换流器通常具有三个这样的相臂以用于在换流器的交流电压侧具有三相交流电压。此外，要指出的是，本专利技术并不局限于任何类型的电压源换流器，但是本专利技术包括例如通过例如DE 101 03 031 Al和WO 2007/023064 Al而已知的类型的电压源换流器，上述已知类型的电压源换流器通常被称为模块化多电平换流器(M2LC)的多单元换流器、以及具有电流阀的二电平换流器，其中，电流阀被控制用于将所述极中之一可替换地连接到所述相输出和NPC(中性点钳位式)换流器。这种类型的电压源换流器可以使用于如下各种情况中，在这些情况中直流电压要被转换为交流电压和交流电压要被转换为直流电压，其中，这种使用的示例是在HVDC(高压直流)设施(Plant)的站(station)中，其中直流电压通常被转换为三相交流电压或者三相交流电压被转换为直流电压；或者在所谓的背靠背站中，其中交流电压首先被转换为直流电压然后该直流电压又被转换为交流电压；以及在SVC(静止无功补偿器)中，其中直流电压侧包括自由悬挂的电容器。然而，本专利技术并不局限于这些应用，其他的应用(诸如应用于机器、车辆等的不同类型的驱动系统)也是可想到的。由此，本专利技术并不局限于换流器的直流电压侧的所述相对极之间的任何特定的电压电平，但是，这些电平应该是非常高以使得相当大数量的开关组件要被串联连接以用于使得这些开关组件可以在所述半导体器件的阻塞状态下一起保持所述电压。这些半导体器件大部分是IGBT (绝缘栅双极晶体管)，但是任何类型的相似的关断型半导体器件是可以想到的。然而，为了阐明本专利技术但不以任何方式限制本专利技术，以下将主要讨论以IGBT作为所述半导体芯片中的半导体器件的情况。这种电压源换流器中的开关组件具有多个并联连接的所述半导体芯片，所述半导体芯片的IGBT被同时控制以处于传导状态或者阻塞状态并当IGBT处于传导状态时共享通过开关组件的电流。如果一个IGBT发生故障，必须要确保电压源换流器的连续工作。在这种类型的电压源换流器中，额外的开关组件——即比在所述两极之间用于保持要被保持的电压从而用于承受该电压所需的开关组件多的开关组件——设置在所述开关组件的串联连接中，以使得即使开关组件中的一个停止起作用，只要这不阻碍穿过换流器的电流，这就不会构成任何问题。一种类型的电压源换流器具有如下的独立导体部件，所述独立导体部件以粘合漆包线的形式将相应半导体芯片连接到所述板部件，在这种芯片的一个IGBT中发生短路的情况下，通过开关组件的所有电流将流过该芯片且连接到该芯片的粘合漆包线将烧穿，然后电流将跳转至与该半导体芯片并联的另一个半导体芯片。当开关组件的所有的半导体芯片都以这种方式被毁坏时，就需要停止电压源换流器的工作，并且需要对发生故障的开关组件进行替换。还已知的是通过所谓的压接式封装技术(press pack technique)来确保串联连接的开关组件之间的连接，这意味着在所述板部件和每个独立的半导体芯片之间设置压缩弹簧，并且在该情况下所述至少一个独立的导体部件由相对细的软导体所构成，然而，这些软导体被设计用于耐受流过发生故障的IGBT的短路电流。然而，在一段时间之后，通过 IGBT的电流通路将由于其上的温度限制而被中断并且转移到与之并联连接的另一个半导体芯片。在这种类型的开关组件的串联连接的情况下，会需要可接受的长时间才会出现以下情况开关组件的所有半导体芯片都被破坏并且换流器的工作必须停止，这是因为对允许通过换流器的电流的大小进行了选择以使得上述情况将需要许多年才会出现。然而，会希望将电流明显增大以用于增加通过电压源换流器可传递的功率，开关组件在一个IGBT短路之后直到需要停止换流器的工作为止的寿命会显著地缩短，并且在该情况下会有非常强的期望来在该开关组件上可靠地产生永久的短路以用于避免出现所述的停止工作的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在介绍中所定义的类型的电压源换流器，与已经已知的那种电压源换流器相比，该类型的电压源换流器至少在与处理其半导体芯片的故障的能力有关的一些方面有所改进。根据本专利技术，该目的是通过提供这样的电压源换流器来获得的，该电压源换流器的特征在于·每个所述开关组件具有如下的机械开关该机械开关被配置为在所述开关组件的正常工作状态下是断开的，并且该机械开关被配置为能够使该开关组件的所述板部件连接到相邻开关组件的板部件，以用于对该机械开关所属的开关组件的所述半导体芯片进行旁路，·释放机构与每个所述机械开关相关联，并且该释放机构被配置为在被触发时移动所述机械开关的可移动接触器，以用于将开关从断开状态转换为闭合状态，·每个开关组件的至少一个所述导体部件被设计用于在通过与该导体部件相连的半导体芯片的短路电流出现时烧穿并同时产生电弧，以及·每个开关组件包括与所述至少一个导体部件相关联的保险丝部件，保险丝部件被配置为由所述电弧点燃并被配置为延伸至所述释放机构，用于在所述保险丝部件被点燃时触发释放机构，从而用于建立在相邻的两个所述板部件之间的旁路所述开关组件的所述半导体芯片的电流通路。通过以此方式设置机械开关使得机械开关在其闭合状态下将使所述问题开关组件短路，只要将机械开关转换为闭合状态是可靠的，那么在任何时候电压源换流器的工作都无需因为通过该电压源换流器的电流通路的中断而停止。这里，可靠性是通过对所述至少一个如下的导体部件的设计来确保的，该导体部件在短路电流流过导体部件时产生电弧并利用该电弧来点燃所述保险丝部件并由此来触发与机械开关相关联的释放机构。由此， 无需特别的控制电路来控制机械开关，这使得机械开关的工作非常的鲁棒和可靠。由此，通过具有发生故障的半导体芯片的开关组件的短路电流的电平将不再构成任何问题，以使得这种类型的电压源换流器可以被设计用于传导非常大的——诸如大约是其他情况下的两倍或者更多的——直流电流，而无需换流器过早的停止工作。更确切地，在选择在每个开关组件中并联连接的半导体器件的数目时，不需要考虑半导体器件可以承受特定短路电流多长时间，而是仅通过考虑在正常工作期间通过半导体器件传导的电流就可以确定该数目。根据本专利技术的实施例，每个半导体组件的多个所述导体部件被设计用于在通过相关的半导体芯片的短路电流出现时烧穿并同时产生电弧，并且，所述保险丝部件与多个被设计用于烧穿的这些导体部件相关联。虽然从原理上讲仅必需的是每个半导体组件具有一个被设计用于在通过相关的半导体芯片的短路电流出现时烧穿并同时产生电弧的所本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电压源换流器，所述电压源换流器具有至少一个相臂（２－４），所述至少一个相臂（２－４）连接到所述换流器的直流电压侧的相对极（５，６）并且包括开关组件（７，７’）的串联连接，每个所述开关组件具有承载多个半导体芯片（３１）的导电板部件（３０），每个所述半导体芯片（３１）至少具有关断型半导体器件（１６，１７）以及与所述关断型半导体器件（１６，１７）并联连接的续流二极管（１８，１９），所述芯片通过如下方式彼此并联连接：每个所述芯片由至少一个独立的导体部件（３２，３５，３６）连接到所述开关组件的串联连接中的相邻开关组件的所述板部件，所述串联连接的中点形成如下的相输出（１０－１２）：所述相输出被配置为连接到所述换流器的交流电压侧，并且所述相输出被配置为将所述相臂分为上阀分支（８）和下阀分支（９），其特征在于，·每个所述开关组件具有如下的机械开关（３９）：所述机械开关（３９）被配置为在所述开关组件（７）的正常工作状态下是断开的，并且所述机械开关（３９）被配置为能够使所述开关组件的所述板部件（３０）连接到相邻开关组件的板部件，以用于对所述机械开关所属的开关组件的所述半导体芯片（３１）进行旁路，·释放机构（３８）与每个所述机械开关相关联，并且所述释放机构（３８）被配置为在被触发时移动所述机械开关的可移动接触器（４０），以用于将所述开关从断开状态转换为闭合状态，·每个所述开关组件（７）的至少一个所述导体部件（３２，３５，３６）被设计用于在通过与所述导体部件相连的所述半导体芯片的短路电流出现时烧穿并同时产生电弧，以及·每个所述开关组件包括与所述至少一个导体部件（３２，３５，３６）相关联的保险丝部件（３７），所述保险丝部件（３７）被配置为由所述电弧点燃并被配置为延伸至所述释放机构（３８），用于在所述保险丝部件（３７）被点燃时触发所述释放机构（３８），从而建立在相邻的两个所述板部件之间的用于旁路所述开关组件的所述半导体芯片的电流通路。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：贡纳尔·阿斯普隆德，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH
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