本發(fā)明涉及一種多電平換流器，特別是h橋型多電平變流器、模塊化多電平變流器等級(jí)聯(lián)式多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路。

背景技術(shù)：

模塊化多電平換流器(modularmultilevelconverter，mmc)、級(jí)聯(lián)h橋型(cascadedh-bridge，chb)換流器等級(jí)聯(lián)型多電平換流器在高壓大容量電能變換中具有廣泛用途，例如高壓直流輸電、高壓交流輸電、無(wú)功補(bǔ)償裝置、諧波補(bǔ)償裝置、智能電網(wǎng)系統(tǒng)等。

為了實(shí)現(xiàn)換流器運(yùn)行的高可靠性，級(jí)聯(lián)多電平換流器的基本功率單元，即子模塊一般都設(shè)計(jì)有自動(dòng)旁路功能，即在子模塊內(nèi)部故障時(shí)通過(guò)內(nèi)部的旁路開關(guān)將其旁路，以保護(hù)故障的子模塊并避免影響其余的級(jí)聯(lián)子模塊正常運(yùn)行。發(fā)明專利cn101378227b、cn101882863b等提出了全橋型子模塊(或稱功率單元)的旁路電路；發(fā)明專利cn103354231b、cn102801295a等提出了半橋型子模塊的旁路電路。但是，子模塊中的旁路功能一般由其內(nèi)部的子模塊控制板實(shí)現(xiàn)，當(dāng)控制板出現(xiàn)故障，例如芯片損壞或者給子模塊控制板供電的電源出現(xiàn)故障，則子模塊將會(huì)處于失控狀態(tài)，其自動(dòng)旁路功能也會(huì)失效。當(dāng)子模塊控制板或者取能電源故障時(shí)，發(fā)明專利cn101378227b、cn101882863b中的晶閘管將無(wú)法獲得子模塊控制板的控制信號(hào)，也就無(wú)法觸發(fā)晶閘管使子模塊旁路；而發(fā)明專利cn103354231b、cn102801295a中的機(jī)械式旁路開關(guān)也無(wú)法獲得子模塊控制板的觸發(fā)指令，子模塊也無(wú)法旁路。另外，發(fā)明專利cn103066804中的子模塊旁路開關(guān)接口電路在供電電源故障或晶閘管失效、觸發(fā)晶閘管的控制系統(tǒng)故障或電源故障時(shí)均無(wú)法正常觸發(fā)旁路開關(guān)。采用該方案觸發(fā)子模塊旁路開關(guān)時(shí)，子模塊存在內(nèi)部故障后無(wú)法旁路的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)級(jí)聯(lián)多電平換流器長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，其子模塊內(nèi)部的電源、控制板等由于老化等原因總是存在一定的故障或失效概率。當(dāng)其故障之后將會(huì)導(dǎo)致子模塊處于失控狀態(tài)，而現(xiàn)有的技術(shù)下，旁路開關(guān)或者旁路電路此時(shí)均無(wú)法自動(dòng)旁路，直接影響整個(gè)換流器運(yùn)行的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有多電平換流器現(xiàn)有子模塊旁路的缺點(diǎn)，提出一種多電平換流器子模塊旁路開關(guān)的自觸發(fā)電路。當(dāng)子模塊因內(nèi)部取能電源、控制電路等故障之后，本發(fā)明可將旁路開關(guān)自動(dòng)觸發(fā)并實(shí)現(xiàn)子模塊輸出端子的自動(dòng)旁路，可以提高多電平換流器運(yùn)行的可靠性和安全性。

應(yīng)用本發(fā)明多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路的多電平換流器子模塊，一般由半導(dǎo)體開關(guān)電路、子模塊旁路開關(guān)kb、子模塊儲(chǔ)能電容csm、子模塊取能電源和子模塊控制板組成。子模塊旁路開關(guān)kb并聯(lián)連接在子模塊正極輸出端子p和子模塊負(fù)極輸出端子n之間，子模塊正極輸出端子p和子模塊負(fù)極輸出端子n連接到半導(dǎo)體開關(guān)電路的交流側(cè)，半導(dǎo)體開關(guān)電路的直流側(cè)連接到子模塊儲(chǔ)能電容csm的正負(fù)極上，子模塊取能電源的輸入端并聯(lián)連接到子模塊儲(chǔ)能電容csm的正負(fù)極上，子模塊取能電源的控制電源輸出為子模塊控制板提供電源，子模塊取能電源的旁路電源輸出為子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路提供電源，其特征在于：所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路由旁路電路充電二極管dc、旁路電路充電電阻r1、第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1、第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2、常開觸點(diǎn)開關(guān)k3，以及旁路電路儲(chǔ)能電容cc構(gòu)成。所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路與多電平換流器子模塊之間通過(guò)電氣線路及控制線路相連；旁路電路充電二極管dc的陽(yáng)極連接到子模塊正極輸出端子p，旁路電路充電電阻r1連接在充電二極管dc的陰極和第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1的一個(gè)觸點(diǎn)之間，第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1的另外一個(gè)觸點(diǎn)連接到旁路電路儲(chǔ)能電容cc的正極，旁路電路儲(chǔ)能電容cc的負(fù)極通過(guò)三根電線分別連接到子模塊正極輸出端子n、子模塊旁路開關(guān)kb觸點(diǎn)控制線圈的負(fù)極和子模塊取能電源的旁路電源輸出端負(fù)極上，第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2的兩個(gè)觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的兩個(gè)觸點(diǎn)并聯(lián)連接在一起，常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的一個(gè)觸點(diǎn)連接到旁路電路儲(chǔ)能電容cc的正極，常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的另一個(gè)觸點(diǎn)連接到子模塊旁路開關(guān)kb觸點(diǎn)控制線圈的正極。

所述的多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中，當(dāng)多電平換流器子模塊中的子模塊取能電源和子模塊控制板均處于正常狀態(tài)時(shí)，子模塊控制板通過(guò)控制線路令第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1和第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2均處于斷開狀態(tài)，子模塊旁路開關(guān)的觸點(diǎn)由子模塊控制板進(jìn)行控制。

所述的多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中，當(dāng)多電平換流器子模塊因子模塊取能電源故障、子模塊控制板故障等無(wú)法控制旁路開關(guān)觸點(diǎn)時(shí)，子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路的第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1和第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2因無(wú)法獲得子模塊控制板發(fā)出的開斷信號(hào)而自動(dòng)處于閉合狀態(tài)，使得子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中的旁路電路儲(chǔ)能電容cc通過(guò)旁路電路充電電阻r1、旁路電路充電二極管dc一直充電，當(dāng)旁路電路儲(chǔ)能電容cc的電壓達(dá)到子模塊旁路開關(guān)kb的工作電壓則旁路開關(guān)kb實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)閉合，達(dá)到了不影響多電平換流器其余子模塊正常運(yùn)行的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路；

圖2為本發(fā)明應(yīng)用于子模塊中的半導(dǎo)體開關(guān)電路為半橋型時(shí)的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路，由旁路電路充電二極管dc、旁路電路充電電阻r1、第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1、第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2、常開觸點(diǎn)開關(guān)k3，以及旁路電路儲(chǔ)能電容cc構(gòu)成。所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路與多電平換流器子模塊之間通過(guò)電氣線路及控制線路相連；旁路電路充電二極管dc的陽(yáng)極連接到子模塊正極輸出端子p，旁路電路充電電阻r1連接在充電二極管dc的陰極和第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1的一個(gè)觸點(diǎn)之間，第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1的另外一個(gè)觸點(diǎn)連接到旁路電路儲(chǔ)能電容cc的正極，旁路電路儲(chǔ)能電容cc的負(fù)極通過(guò)三根電線分別連接到子模塊正極輸出端子n、子模塊旁路開關(guān)kb觸點(diǎn)控制線圈的負(fù)極和子模塊取能電源的旁路電源輸出端負(fù)極上，第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2的兩個(gè)觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的兩個(gè)觸點(diǎn)并聯(lián)連接在一起，常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的一個(gè)觸點(diǎn)連接到旁路電路儲(chǔ)能電容cc的正極，常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的另一個(gè)觸點(diǎn)連接到子模塊旁路開關(guān)kb觸點(diǎn)控制線圈的正極。

圖2為本發(fā)明應(yīng)用于半橋型子模塊，即子模塊中的半導(dǎo)體開關(guān)電路為半橋型時(shí)的電路原理圖。該半橋型子模塊由半導(dǎo)體開關(guān)器件s1、s2、二極管d1、d2、子模塊旁路開關(guān)kb、子模塊儲(chǔ)能電容csm、子模塊取能電源和子模塊控制板組成。所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路由旁路電路充電二極管dc、旁路電路充電電阻r1、第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1、第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2、常開觸點(diǎn)開關(guān)k3，以及旁路電路儲(chǔ)能電容cc構(gòu)成。

所述的半橋型子模塊中的半導(dǎo)體開關(guān)器件s1的發(fā)射極和s2的集電極連接在一起，作為子模塊的輸出端子p；半導(dǎo)體開關(guān)器件s2的發(fā)射極連接到子模塊儲(chǔ)能電容csm的負(fù)極，半導(dǎo)體開關(guān)器件s1的集電極連接子模塊儲(chǔ)能電容csm的正極，子模塊儲(chǔ)能電容csm的負(fù)極作為子模塊的輸出端子n；子模塊旁路開關(guān)kb并聯(lián)連接到子模塊輸出端子p和n之間；二極管d1的陰極連接到半導(dǎo)體開關(guān)器件s1的集電極，二極管d1的陽(yáng)極連接到半導(dǎo)體開關(guān)器件s1的發(fā)射極，二極管d2的陰極連接到半導(dǎo)體開關(guān)器件s2的集電極，二極管d2的陽(yáng)極連接到半導(dǎo)體開關(guān)器件s2的發(fā)射極；子模塊取能電源的輸入端并聯(lián)連接到子模塊儲(chǔ)能電容csm的正負(fù)極上，子模塊取能電源的控制電源輸出為子模塊控制板提供電源，子模塊取能電源的旁路電源輸出為子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路提供電源。

所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路與多電平換流器子模塊之間通過(guò)電氣線路及控制線路相連；旁路電路充電二極管dc的陽(yáng)極連接到子模塊正極輸出端子p，旁路電路充電電阻r1連接在充電二極管dc的陰極和，第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1的一個(gè)觸點(diǎn)之間，第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1的另外一個(gè)觸點(diǎn)連接到，旁路電路儲(chǔ)能電容cc的正極，旁路電路儲(chǔ)能電容cc的負(fù)極通過(guò)三根電線分別連接到子模塊正極輸出端子n、子模塊旁路開關(guān)kb觸點(diǎn)控制線圈的負(fù)極和子模塊取能電源的旁路電源輸出端負(fù)極上，第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2的兩個(gè)觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的兩個(gè)觸點(diǎn)并聯(lián)連接在一起，常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的一個(gè)觸點(diǎn)連接到旁路電路儲(chǔ)能電容cc的正極，常開觸點(diǎn)開關(guān)k3的另一個(gè)觸點(diǎn)連接到子模塊旁路開關(guān)kb觸點(diǎn)控制線圈的正極。

所述的多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中，當(dāng)多電平換流器子模塊中的子模塊取能電源和子模塊控制板均處于正常狀態(tài)時(shí)，子模塊控制板通過(guò)控制線路令第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1和第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2均處于斷開狀態(tài)，子模塊旁路開關(guān)的觸點(diǎn)由子模塊控制板進(jìn)行控制。

所述的多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中，當(dāng)多電平換流器子模塊因子模塊取能電源故障或子模塊控制板故障等無(wú)法控制旁路開關(guān)觸點(diǎn)時(shí)，子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路的第一常閉觸點(diǎn)開關(guān)k1和第二常閉觸點(diǎn)開關(guān)k2因無(wú)法獲得子模塊控制板發(fā)出的開斷信號(hào)而自動(dòng)處于閉合狀態(tài)，使得子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中的旁路電路儲(chǔ)能電容cc通過(guò)旁路電路充電電阻r1、旁路電路充電二極管dc一直充電，當(dāng)旁路電路儲(chǔ)能電容cc的電壓達(dá)到子模塊旁路開關(guān)kb的工作電壓則旁路開關(guān)kb實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)閉合，達(dá)到了不影響多電平換流器其余子模塊正常運(yùn)行的目的。

通過(guò)調(diào)整子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中旁路充電電阻r1的阻值，可以調(diào)整旁路電路儲(chǔ)能電容cc開始充電到旁路開關(guān)kb閉合的時(shí)間長(zhǎng)短，以滿足不同的設(shè)計(jì)需求。本發(fā)明也適用于子模塊中的半導(dǎo)體開關(guān)電路為全橋型、逆阻型等類型的電路。