本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于三電平igct變流器在全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

中高壓多電平大功率變流器具有高可靠性、高功率等級(jí)、高功率密度、空間體積盡量小、結(jié)構(gòu)緊湊等要求，因此被廣泛應(yīng)用在諸多民用、工業(yè)和能源領(lǐng)域。其中，三電平中點(diǎn)箝位(neutralpointclamping，npc)集成門極換流晶閘管(intergratedgatecommutedthyristor，igct)變流器因電氣拓?fù)湎鄬?duì)簡(jiǎn)潔、易于諧波控制、器件只承受一半的中間直流電壓，在冶金、石油鉆井、礦井提升機(jī)、船舶推進(jìn)等產(chǎn)業(yè)不斷推廣應(yīng)用。

但與采用電壓型開關(guān)器件igbt變流系統(tǒng)，器件故障后為斷路不同，igct器件關(guān)斷失效后器件短路，若故障保護(hù)未能及時(shí)觸發(fā)，將進(jìn)一步引起橋臂直通，從而導(dǎo)致二次故障。故障出現(xiàn)后，可采用封鎖脈沖關(guān)閉所有器件，或采用開通變流器所有器件即全開保護(hù)方式。但igct變流系統(tǒng)采用全關(guān)保護(hù)方式存在一定的安全隱患，如：大電流沖擊電抗器、igct、frd(快速恢復(fù)二極管)器件易造成損壞，電容承受全橋電壓擊穿等。而在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的快熔保護(hù)方式、撬棒保護(hù)方式等均增加了電路的復(fù)雜程度、故障因素及變流器成本，并且不易實(shí)現(xiàn)。而采用全開保護(hù)方式，即系統(tǒng)中某個(gè)器件故障后，將整流、逆變中的所有器件全部開通，與此同時(shí)，發(fā)出控制命令使快速斷路器在一定時(shí)間內(nèi)斷開，由此增加整流、支撐電容、逆變的放電回路，將能量分配到各個(gè)支路，就不會(huì)存在未短路半橋電容承受全橋電壓的情況，能夠有效避免后續(xù)故障。可見，igct變流系統(tǒng)采用全開保護(hù)方式具有較大的優(yōu)勢(shì)，其有效實(shí)現(xiàn)將有利于系統(tǒng)的故障保護(hù)。

如附圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中的一種三電平中點(diǎn)箝位igct變流器中任意兩相(圖中為a、b兩相)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中，v1、v2、v3和v4為igct開關(guān)器件，d1、d2、d3和d4為續(xù)流二極管，d5和d6為箝位二極管，a和b分別為a、b兩相的接線端，dc+和dc-為中間直流端，np為中性點(diǎn)。其中，v1、v2被稱為上半橋igct器件，v3、v4被稱為下半橋igct器件，同時(shí)v2、v3又被稱為中間開關(guān)器件。在dc+與np之間，以及np與dc-之間還連接有中間支撐電容，圖中未示出。三電平igct變流器在出現(xiàn)橋臂直通故障后，可以采用封鎖脈沖關(guān)閉所有igct器件，也可以采用開通所有igct器件即全開保護(hù)方式增加放電回路。實(shí)踐表明，在故障時(shí)開通所有器件后，整流側(cè)、支撐電容短路回路中各個(gè)支路器件承受不同的電流沖擊，這種差異可能導(dǎo)致某個(gè)器件承受過多的能量造成損壞。而在這種情況下，若要保證器 件安全，需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)器件提出更高的要求，這不但增加了成本，而且不利于全開保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。三電平igct變流器在全開保護(hù)方式下器件承受的電流不均，將直接影響該保護(hù)方式下的器件安全。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中的母排結(jié)構(gòu)通常如附圖2所示。

在現(xiàn)有技術(shù)中，主要有以下一些文獻(xiàn)與本發(fā)明申請(qǐng)相關(guān)：

現(xiàn)有技術(shù)1為2002年12月11日公開，公開號(hào)為cn1384593a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)《6kv三電平集成門極換相晶閘管逆變器的橋臂直通保護(hù)系統(tǒng)》。該發(fā)明專利申請(qǐng)采用短路信號(hào)發(fā)生電路和短路信號(hào)接收電路，短路信號(hào)在分?jǐn)鄶嗦菲鞯耐瑫r(shí),將所有開關(guān)器件維持在故障時(shí)刻的狀態(tài)，中間支撐電容的放電電流由導(dǎo)通的器件承受的方案實(shí)現(xiàn)逆變器橋臂直通保護(hù)。

現(xiàn)有技術(shù)2為2010年10月27日公開，公開號(hào)為cn201616662u的中國(guó)實(shí)用新型專利《igct電壓源型三電平中壓變頻器的橋臂直通保護(hù)器》。該實(shí)用新型專利同樣介紹了一種橋臂直通的電路實(shí)現(xiàn)，增加了電抗器、晶閘管，壓敏電阻及二極管等器件實(shí)現(xiàn)變頻器橋臂直通保護(hù)。

現(xiàn)有技術(shù)3為2010年12月22日公開，公開號(hào)為cn101924353a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)《一種高壓igct過電流保護(hù)模塊及短路電流保護(hù)方法》。該發(fā)明專利申請(qǐng)采用高頻過電壓檢測(cè)電路對(duì)高頻過電壓進(jìn)行檢測(cè)，如果高頻過電壓超過閥值，驅(qū)動(dòng)光驅(qū)動(dòng)模塊向外部igct器件輸出全開通信號(hào)，同時(shí)向外部斷路器輸出分?jǐn)嚯娦盘?hào)。

現(xiàn)有技術(shù)4為2014年10月29日公開，公開號(hào)為cn104124674a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)《一種基于igct半導(dǎo)體開關(guān)器件的短路電流限制方法》。該發(fā)明專利申請(qǐng)短路電流限制方法基于igct器件，并且增加了zno、電容等器件。

現(xiàn)有技術(shù)5為2014年8月13日公開，公開號(hào)為cn203775064u的中國(guó)實(shí)用新型專利《帶短路保護(hù)的模塊化多電平變流模塊裝置》。該實(shí)用新型專利采用旁路開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式，在發(fā)生橋臂短路故障后通過導(dǎo)通旁路來實(shí)現(xiàn)變流模塊的短路保護(hù)。

從以上分析可以看出，上述現(xiàn)有技術(shù)1～5都沒有提出克服三電平igct變流器在全開保護(hù)方式下器件承受電流不均這一技術(shù)缺陷的方案，以解決影響該保護(hù)方式下器件安全性不一致的技術(shù)問題。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)1～5都需要在變流器的主電路中增加檢測(cè)電路和/或保護(hù)部件，這不但不會(huì)導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本提高、可靠性降低，而且還會(huì)因?yàn)樽兞髌髦麟娐方Y(jié)構(gòu)的改變影響變流器正常工作時(shí)的特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于上述背景，本發(fā)明的目的在于提供一種三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法，克服現(xiàn)有三電平igct變流器在全開保護(hù)方式下器件承受電流不均的技術(shù)缺陷，從而解決影響該保護(hù)方式下器件安全性不一致的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均 流結(jié)構(gòu)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)，所述三電平igct變流器全開保護(hù)下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通過所述三電平igct變流器主電路的中間開關(guān)器件和箝位二極管。所述器件均流結(jié)構(gòu)包括：在所述箝位回路中設(shè)置的母排，通過所述母排增加所述箝位回路的短路阻抗以減少流過所述箝位回路的短路電流，實(shí)現(xiàn)所述三電平igct變流器主電路中的開關(guān)器件在全開保護(hù)下的短路電流均等。

優(yōu)選的，所述母排包括設(shè)置在所述三電平igct變流器主電路任意兩相中性點(diǎn)之間的母排一。

優(yōu)選的，所述母排還包括設(shè)置在所述三電平igct變流器主電路任意兩相中間開關(guān)器件與箝位二極管之間的母排二。

優(yōu)選的，通過所述母排二將所述三電平igct變流器主電路中的包括開關(guān)器件的支路、包括續(xù)流二極管的支路，以及包括箝位二極管的支路連接在一起。

優(yōu)選的，在所述母排一中開設(shè)有線槽，通過增加流過所述母排一的電流路徑長(zhǎng)度增大所述母排一的電阻。

優(yōu)選的，在所述母排一中沿電流方向開設(shè)有彼此交錯(cuò)的線槽，將所述母排一分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建來回相反的電流路徑，使電流流過母排結(jié)構(gòu)時(shí)相鄰路徑間產(chǎn)生互感，從而抵消由于所述母排一的電流路徑長(zhǎng)度增大而增加的雜散電感。

優(yōu)選的，通過減小所述母排一的橫截面積增大所述母排一的電阻。

優(yōu)選的，在所述母排一中沿電流方向開設(shè)有彼此交錯(cuò)的線槽，將所述母排一分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建來回相反的電流路徑，使電流流過母排結(jié)構(gòu)時(shí)相鄰路徑間產(chǎn)生互感，從而抵消由于所述母排一的電流路徑長(zhǎng)度增大，以及橫截面積減小而增加的雜散電感。

優(yōu)選的，所述線槽包括自所述母排一端部的一側(cè)沿所述母排一寬度方向開設(shè)至靠近該端部另一側(cè)的線槽一，以及自所述線槽一沿所述母排一長(zhǎng)度方向開設(shè)至所述母排一另一端部的一條以上的線槽二，所述線槽一連通所述線槽二。所述母排一開設(shè)有兩個(gè)所述線槽，兩個(gè)線槽沿所述母排一長(zhǎng)度方向相對(duì)交錯(cuò)布置且不相接觸，將所述母排一分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)線槽在所述母排一兩端的接點(diǎn)之間形成唯一的往復(fù)折返式電流路徑，在增加所述母排一的電流路徑長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上使母排結(jié)構(gòu)的相鄰路徑間在流過電流時(shí)產(chǎn)生互感，以減小所述母排一的雜散電感。

本發(fā)明還另外具體提供了一種三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流方法，所述三電平igct變流器全開保護(hù)下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通過所述三電平igct變流器主電路的中間開關(guān)器件和箝位二極管。所述方法包括在所述箝位回路中設(shè)置母排，通過所述母排增加所述箝 位回路的短路阻抗以減少流過所述箝位回路的短路電流，實(shí)現(xiàn)所述三電平igct變流器主電路中的開關(guān)器件在全開保護(hù)下的短路電流均等。

優(yōu)選的，所述設(shè)置母排的步驟包括在所述三電平igct變流器主電路任意兩相中性點(diǎn)之間設(shè)置母排一。

優(yōu)選的，所述設(shè)置母排的步驟還包括在所述三電平igct變流器主電路任意兩相中間開關(guān)器件與箝位二極管之間設(shè)置母排二。

優(yōu)選的，所述方法還包括通過線切割在所述母排一中開設(shè)線槽增加流過所述母排一的電流路徑長(zhǎng)度，以增大所述母排一的電阻。

優(yōu)選的，通過在所述母排一中沿電流方向開設(shè)彼此交錯(cuò)的線槽，將所述母排一分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建來回相反的電流路徑，使電流流過時(shí)母排時(shí)相鄰路徑間產(chǎn)生互感，從而抵消由于所述母排一的電流路徑長(zhǎng)度增大而增加的雜散電感。

優(yōu)選的，所述方法還包括通過減小所述母排一的橫截面積增大所述母排一的電阻。

優(yōu)選的，通過在所述母排一中沿電流方向開設(shè)彼此交錯(cuò)的線槽，將所述母排一分割為往復(fù)折返式結(jié)構(gòu)的母排，以構(gòu)建來回相反的電流路徑，使電流流過時(shí)母排結(jié)構(gòu)的相鄰路徑間產(chǎn)生互感，從而抵消由于所述母排一的電流路徑長(zhǎng)度增大，以及橫截面積減小而增加的雜散電感。

優(yōu)選的，自所述母排一端部的一側(cè)沿所述母排一寬度方向朝靠近該端部的另一側(cè)開設(shè)線槽一，自所述線槽一沿所述母排一長(zhǎng)度方向朝所述母排一的另一端部開設(shè)一條以上的線槽二，所述線槽一和線槽二相互連通形成線槽。在所述母排一開設(shè)兩個(gè)所述線槽，兩個(gè)線槽沿所述母排一長(zhǎng)度方向相對(duì)交錯(cuò)布置且不相接觸，將所述母排一分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)線槽在所述母排一兩端的接點(diǎn)之間形成唯一的往復(fù)折返式電流路徑，在增加所述母排一的電流路徑長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上使母排結(jié)構(gòu)的相鄰路徑間在流過電流時(shí)產(chǎn)生互感，以減小所述母排一的雜散電感。

通過實(shí)施上述本發(fā)明提供的三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法的技術(shù)方案，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有三電平igct變流器在全開保護(hù)方式下器件承受電流不均的技術(shù)缺陷，從而解決影響該保護(hù)方式下器件安全性不一致的技術(shù)問題；

(2)本發(fā)明通過采用np母排增加箝位回路中的電阻，相較于其它增加電阻的方式，如選擇更大導(dǎo)通電阻的器件等方式，方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且成本更低；

(3)本發(fā)明采用母排線切割的方式增加母排的電阻，可以有效地保證模塊母排、柜體中的母排外輪廓一致，不影響模塊和柜體的美觀性；

(4)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式靈活，可以很好地滿足不同功率等級(jí)的系統(tǒng)要求，具有普遍的適用性，同時(shí)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，不影響變流器正常工作時(shí)的特性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的實(shí)施例。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種三電平中點(diǎn)箝位igct變流器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中母排的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下當(dāng)va＞vb時(shí)兩相之間整流短路回路的示意圖；

圖4是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下當(dāng)va＜vb時(shí)兩相之間整流短路回路的示意圖；

圖5是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下v1～v4支撐電容放電的i²*t波形圖；

圖6是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下v1～v4整流側(cè)放電的i²*t波形圖；

圖7是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下的短路回路等效電路圖；

圖8是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下當(dāng)va＜vb時(shí)a、b兩相的母排連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下當(dāng)va＜vb時(shí)a、b兩相的母排連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下母排一和母排三的雜散電感對(duì)器件開關(guān)性能影響的示意圖；

圖11是本發(fā)明中三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下母排二的雜散電感對(duì)器件開關(guān)性能影響的示意圖；

圖12是本發(fā)明三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)一種具體實(shí)施方式中的母排結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是三電平igct變流器主電路增加箝位支路阻抗后在全開保護(hù)下v1～v4的器件電流沖擊波形示意圖；

圖14是三電平igct變流器主電路未增加箝位支路阻抗在全開保護(hù)下v1～v4的器件電流沖擊波形示意圖。

具體實(shí)施方式

為了引用和清楚起見，將下文中使用的技術(shù)名詞、簡(jiǎn)寫或縮寫記載如下：

全開保護(hù)方式：當(dāng)變流器出現(xiàn)橋臂短路故障后，將整流側(cè)和逆變側(cè)所有igct器件均開通的保護(hù)方法；

箝位回路：特指在全開保護(hù)方式下箝位二極管所在的放電支路，如附圖3中a相模塊的開關(guān)器件v3、箝位二極管d6與b相模塊的開關(guān)器件v2、箝位二極管d5構(gòu)成的回路；

續(xù)流回路：特指在全開保護(hù)方式下續(xù)流二極管(或igct反并二極管)所在的放電支路，如附圖3中a相模塊的續(xù)流二極管d1、d2與b相模塊的開關(guān)器件v1、v2構(gòu)成的回路。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如附圖3至附圖14所示，給出了本發(fā)明三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法的具體實(shí)施例，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

三電平igct變流器在全開保護(hù)方式下開關(guān)器件承受的電流不均，將直接影響在該保護(hù)方式下的器件安全。本發(fā)明下述具體實(shí)施例的技術(shù)方案要解決在器件全開保護(hù)方式下的開關(guān)器件(在本發(fā)明具體實(shí)施例中即為igct器件)均流問題，即使得開關(guān)器件承受的電流沖擊基本相等，所有器件處在相同的安全范圍內(nèi)，將更加有利于全開保護(hù)方式的實(shí)現(xiàn)。下面，將通過詳細(xì)分析三電平igct變流器全開保護(hù)下的短路回路參數(shù)、路徑和器件參數(shù)等因素，提出一種三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法。

如附圖3和附圖4中加粗線路部分所示，分別詳細(xì)描述了三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下，當(dāng)va＞vb時(shí)，以及va＜vb時(shí)a、b兩相的短路回路，同理可以推導(dǎo)得出b、c兩相，以及a、c兩相的短路回路應(yīng)與a、b兩相時(shí)類似。從圖中分析可以得出，其短路回路可歸納為兩類：一條通過續(xù)流二極管和上半橋或下半橋的igct器件，稱之為續(xù)流回路，如附圖3中所示a相模塊的續(xù)流二極管d1、d2與b相模塊的開關(guān)器件v1、v2構(gòu)成的回路。另一條通過中間開關(guān)(igct)器件(即附圖3和4中所示的v2、v3)與箝位二極管(即附圖3和4中所示的d5、d6)，稱之為箝位回路，如附圖3中所示a相模塊的開關(guān)器件v3、箝位二極管d6與b相模塊的開關(guān)器件v2、箝位二極管d5構(gòu)成的回路。如附圖3中所示b相模塊的續(xù)流二極管d3、d4與a相模塊的開關(guān)器件v3、v4構(gòu)成的回路為當(dāng)va＞vb時(shí)的又一條續(xù)流回 路。三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下，當(dāng)va＜vb時(shí)短路回路中的兩條續(xù)流回路如附圖4所示。短路電流大小的分布取決于每條路徑的回路阻抗，包括器件的導(dǎo)通電阻與線路阻抗，由于兩條短路電流路徑均通過內(nèi)管igct器件(即附圖3和4中所示的v2、v3)，因此不難推出內(nèi)管igct器件承受的短路電流大于外管igct器件(即附圖3和4中所示的v1、v4)，即內(nèi)管igct器件承受了更多的短路電流，因此在全觸發(fā)保護(hù)下最有可能損壞。

如附圖5和附圖6所示的三電平中點(diǎn)箝位igct變流器主電路在全開保護(hù)下v1～v4支撐電容放電，以及整流側(cè)放電的i²*t波形圖表明了上述分析的正確性，并且說明了中間支撐電容的電容沖擊對(duì)于各個(gè)器件來說都是相同的，器件之間的電流沖擊差異主要來自于變流器整流側(cè)的放電。

如附圖7所示為等效二極管(ed)代表不同功率器件在短路回路中的組合。其中，每個(gè)等效二極管分別代表如下含義：

edqf：2個(gè)續(xù)流二極管和1個(gè)igct；

edc：2個(gè)箝位二極管；

edq：1個(gè)igct。

同時(shí)，短路回路中的每個(gè)功率半導(dǎo)體器件(igct)可以由一個(gè)電壓源和一個(gè)體電阻代替，放電回路可以采用如下關(guān)系式表述：

isc＝iqf+iq(1)

icd＝iq-iqf(2)

在短路回路中，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，有如下關(guān)系：

vqf+iqfrqf＝vq+vcd+iqrq+icdrcd(3)

由于vqf＝vq+vcd，化簡(jiǎn)上式可得：

其中，如附圖7所示，isc為相電流，iqf、icd、iq分別為流過相應(yīng)等效二極管(ed)的電流，vqf、vcd、vq分別為相應(yīng)等效二極管(ed)的電壓，rqf、rcd、rq分別為相應(yīng)等效二 極管(ed)的等效電阻，ρ為iq、iqf的比值。從以上分析可以看出，為使igct器件實(shí)現(xiàn)全開保護(hù)下的短路電流均等，實(shí)質(zhì)上應(yīng)當(dāng)使得iqf與iq盡可能相等。要達(dá)到此目的，就應(yīng)當(dāng)使電流盡可能少的流過箝位回路。而由歐姆定律可知，應(yīng)當(dāng)通過增加箝位回路的短路阻抗來實(shí)現(xiàn)這一目的。

一種三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施例，三電平igct變流器全開保護(hù)下的短路回路包括箝位回路，箝位回路通過三電平igct變流器主電路的中間開關(guān)(igct)器件v2、v3和箝位二極管d5、d6。箝位回路為如附圖3中所示a相模塊的開關(guān)器件v3、箝位二極管d6與b相模塊的開關(guān)器件v2、箝位二極管d5構(gòu)成的回路。器件均流結(jié)構(gòu)包括：在箝位回路中設(shè)置的母排，通過母排增加箝位回路的短路阻抗以減少流過箝位回路的短路電流，實(shí)現(xiàn)三電平igct變流器主電路中的開關(guān)器件(即igct器件)在全開保護(hù)下的短路電流均等。母排包括設(shè)置在三電平igct變流器主電路任意兩相中性點(diǎn)之間的母排一1，如附圖8和附圖9中所示的c1點(diǎn)和d1點(diǎn)之間。母排還包括設(shè)置在三電平igct變流器主電路任意兩相中間開關(guān)器件與箝位二極管之間的母排二2，如附圖8中的a1點(diǎn)和b1點(diǎn)之間，e1點(diǎn)和f1點(diǎn)之間，以及附圖9中的a2點(diǎn)和b2點(diǎn)之間，e2點(diǎn)和f2點(diǎn)之間。

以附圖1所示的一種三串壓接式變流器模塊為例，進(jìn)一步分析箝位回路的路徑，其中v1、v2、v3、v4與d1、d2、d3、d4分別為兩串單獨(dú)的器件，中間通過母排連接，d5、d6為另一串器件，如附圖8和附圖9所示為器件的連接關(guān)系示意圖，通過母排二2將上述三串器件連接在一起。另外，兩個(gè)模塊之間的中點(diǎn)通過np(neutralpoint)采用母排一1連接在一起，因此增加箝位回路的阻抗可通過改變母排一1和母排二2的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

作為本發(fā)明一種典型的具體實(shí)施例，通過母排二2將三電平igct變流器主電路中的包括開關(guān)器件v1、v2、v3和v4的支路，包括續(xù)流二極管d1、d2、d3和d4的支路，以及包括箝位二極管d5、d6的支路連接在一起。增加母排電阻的方法為：在母排一1中開設(shè)有線槽，通過增加流過母排一1的電流路徑長(zhǎng)度增大母排一1的電阻。同時(shí)，通過減小母排一1的橫截面積也可以顯著地增大母排一1的電阻。

但改變阻抗所引起的雜散電感變化，將對(duì)器件的開關(guān)特性產(chǎn)生影響。改變阻抗時(shí)有以下前提條件：首先，阻抗增加所引起的雜散電感變化應(yīng)當(dāng)盡可能小。其次，優(yōu)先選擇雜散電感變化后對(duì)器件開關(guān)特性影響不大的母排。

盡量減小增加母排電阻時(shí)引起的雜散電感增大方法為：在母排一1中沿電流方向開設(shè)有彼此交錯(cuò)的線槽，將母排一1分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，以此構(gòu)建來回相反的電流路徑，電流流過母排結(jié)構(gòu)時(shí)將產(chǎn)生互感，從而大部分抵消由于母排一1的電流路徑長(zhǎng)度增大，以及橫截面積減小而增加的雜散電感，整體實(shí)現(xiàn)雜散電感的較小變化。

作為本發(fā)明一種較佳的具體實(shí)施例，線槽包括自母排一1端部的一側(cè)沿母排一1寬度方向(如附圖12中h所示方向)開設(shè)至靠近該端部另一側(cè)的線槽一11，以及自線槽一11沿母排一1長(zhǎng)度方向(如附圖12中l(wèi)所示方向)開設(shè)至母排一1另一端部的一條以上的線槽二12，線槽一11連通線槽二12。母排一1開設(shè)有兩個(gè)線槽，兩個(gè)線槽沿母排一1長(zhǎng)度方向相對(duì)交錯(cuò)布置且不相接觸，將母排一1分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)線槽在母排一1兩端的接點(diǎn)13之間形成唯一的往復(fù)折返式電流路徑，在增加母排一1的電流路徑長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上使母排結(jié)構(gòu)的相鄰路徑間在流過電流時(shí)產(chǎn)生互感，以減小母排一1的雜散電感。

如附圖10和附圖11所示，分別測(cè)試了母排一1與母排二2的雜散電感對(duì)系統(tǒng)器件開關(guān)性能的影響，以l5與l7分別代表母排二2與母排一1的雜散電感，初始狀態(tài)下igct器件導(dǎo)通，電流通過阻抗負(fù)載續(xù)流，某一時(shí)刻igct器件關(guān)斷，阻感負(fù)載通過續(xù)流二極管續(xù)流，分別比較雜散電感對(duì)器件關(guān)斷性能的影響。從附圖中可以看出，l5對(duì)系統(tǒng)器件開關(guān)性能的影響更大，即母排二2的雜散電感對(duì)系統(tǒng)器件開關(guān)性能的影響更大。在圖中，虛線代表加入雜散電感后器件的關(guān)斷特性，表明系統(tǒng)igct器件關(guān)斷電壓vdsp對(duì)母排二2的雜散電感十分敏感，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)盡量減小母排二2的雜散電感，而母排一1主要影響器件關(guān)斷峰值電壓vdm，且影響較小。因此，采用增加母排一1阻抗的方式，能夠達(dá)到整流側(cè)短路電流的均流效果，實(shí)現(xiàn)全觸發(fā)保護(hù)下的器件均流。

如附圖12為經(jīng)過本發(fā)明具體實(shí)施例描述的技術(shù)方案改造后的母排結(jié)構(gòu)示意圖，經(jīng)ansoftq3d軟件仿真和實(shí)際使用情況測(cè)得改造前后的母排阻抗對(duì)比如下表1所示。如附圖13和附圖14所示，可以得出采用本發(fā)明具體實(shí)施例描述的技術(shù)方案前后的器件短路電流沖擊的對(duì)比，v1、v2、v3和v4所指分別為相應(yīng)開關(guān)器件的電流沖擊波形。

表1改造前后母排阻抗對(duì)比

本發(fā)明具體實(shí)施例通過對(duì)三電平igct變流器主電路進(jìn)行分析，確定了改善的短路回路支路，本發(fā)明上述具體實(shí)施例描述的三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)通過采用一種改變變流模塊中點(diǎn)箝位(np)母排結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案，使得三電平igct變流器在全開保護(hù)方式下的短路電流重新分配，實(shí)現(xiàn)了器件承受的短路電流均等，從而使得器件處于同一安全范圍內(nèi)，確保全開保護(hù)方式能夠有效地實(shí)現(xiàn)。

一種三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流方法的具體實(shí)施例，三電平igct變流器全開保護(hù)下的短路回路包括箝位回路，箝位回路通過三電平igct變流器主電路的中間開關(guān)(igct)器件和箝位二極管。器件均流方法包括在箝位回路中設(shè)置母排，通過母排增加箝位 回路的短路阻抗以減少流過箝位回路的短路電流，實(shí)現(xiàn)三電平igct變流器主電路中的開關(guān)器件在全開保護(hù)下的短路電流均等。

設(shè)置母排的步驟包括在三電平igct變流器主電路任意兩相中性點(diǎn)之間設(shè)置母排一1。

設(shè)置母排的步驟還包括在三電平igct變流器主電路任意兩相中間開關(guān)器件與箝位二極管之間設(shè)置母排二2。

方法還包括通過線切割在母排一1中開設(shè)線槽增加流過母排一1的電流路徑長(zhǎng)度，以增大母排一1的電阻。通過在母排一1中沿電流方向開設(shè)彼此交錯(cuò)的線槽，將母排一1分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建來回相反的電流路徑，使相鄰母排結(jié)構(gòu)間產(chǎn)生互感，從而抵消大部分由于母排一1的電流路徑長(zhǎng)度增大而增加的雜散電感。

方法還包括通過減小母排一1的橫截面積增大母排一1的電阻。通過在母排一1中沿電流方向開設(shè)彼此交錯(cuò)的線槽，將母排一1分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建來回相反的電流路徑，使電流流過母排結(jié)構(gòu)時(shí)相鄰路徑間產(chǎn)生互感，從而抵消大部分由于母排一1的電流路徑長(zhǎng)度增大，以及橫截面積減小而增加的雜散電感。

自母排一1端部的一側(cè)沿母排一1寬度方向(如附圖12中h所示方向)朝靠近該端部的另一側(cè)開設(shè)線槽一11，自線槽一11沿母排一1長(zhǎng)度方向朝母排一1的另一端部開設(shè)一條以上的線槽二12，線槽一11和線槽二12相互連通形成線槽。在母排一1開設(shè)兩個(gè)線槽，兩個(gè)線槽沿母排一1長(zhǎng)度方向相對(duì)交錯(cuò)布置且不相接觸，將母排一1分割為往復(fù)折返式的母排結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)線槽在母排一1兩端的接點(diǎn)13之間形成唯一的往復(fù)折返式電流路徑，在增加母排一1的電流路徑長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上使母排結(jié)構(gòu)的相鄰路徑間在流過電流時(shí)產(chǎn)生互感，以減小母排一1的雜散電感。

上述本發(fā)明具體實(shí)施例描述的三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法雖然給出了一種三電平igct變流器在全開保護(hù)模式下實(shí)現(xiàn)器件均流的結(jié)構(gòu)和方法，但并非用于限制本專利的范圍。根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例所描述的選擇母排的方法，以及增加母排電阻和保證母排雜散電感較小變化方法的其它實(shí)現(xiàn)形式均在本專利請(qǐng)求保護(hù)的范圍內(nèi)。

通過實(shí)施本發(fā)明具體實(shí)施例描述的三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法的技術(shù)方案，能夠產(chǎn)生如下技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法能夠克服現(xiàn)有三電平igct變流器在全開保護(hù)方式下器件承受電流不均的技術(shù)缺陷，從而解決影響該保護(hù)方式下器件安全性不一致的技術(shù)問題；

(2)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法通過采用np母排增加箝位回路中的電阻，相較于其它增加電阻的方式，如選擇更大導(dǎo)通電阻的 器件等方式，方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且成本更低；

(3)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法采用母排線切割的方式增加母排的電阻，可以有效地保證模塊母排、柜體中的母排外輪廓一致，不影響模塊和柜體的美觀性；

(4)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的三電平igct變流器全開保護(hù)下的器件均流結(jié)構(gòu)及方法實(shí)現(xiàn)方式靈活，可以很好地滿足不同功率等級(jí)的系統(tǒng)要求，具有普遍的適用性，同時(shí)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，不影響變流器正常工作時(shí)的特性。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍。