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一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路及方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201210282768.3

申请日:

2012.08.09

公开号:

CN102801295B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02M 1/32申请日:20120809|||公开
IPC分类号: H02M1/32(2007.01)I 主分类号: H02M1/32
申请人: 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司
发明人: 敬华兵; 吴强; 龚芬; 唐剑钊; 邓明; 翟文杰
地址: 412000 湖南省株洲市石峰区时代路169号株洲变流技术国家工程研究中心有限公司
优先权:
专利代理机构: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 王宝筠
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法律状态
申请(专利)号:

CN201210282768.3

授权太阳城集团号:

102801295B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.28|||2013.01.23|||2012.11.28

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路,当第二开关管T2开通、第一开关管T1关断,而第一开关管T1短路故障时,子模块控制器101控制第二开关管T2封锁脉冲和第二晶闸管D4导通,同时向旁路开关发送闭合信号。由于旁路开关K的动作太阳城集团较长,第二晶闸管D4的导通可实现故障子模块的快速旁路。本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路及方法,当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,能够有效防止故障电流扩大至系统,保证了直流侧电压的稳定且满足系统高可靠性及安全运行要求。

权利要求书

1.一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路,其特征在于,包括:
支撑电容C、均压电阻R、第一开关管T1、第二开关管T2、第一二极管D1、
第二二极管D2、第一晶闸管D3、旁路开关K、第二晶闸管D4和子模块控制
器101;
其中,所述第一开关管T1的集电极C1通过支撑电容C与所述第二开关
管T2的发射极E2相连,所述第二开关管T2的集电极C2与所述第一开关管
T1的发射极E1相连;
所述均压电阻R与所述支撑电容C并联;
所述第一开关管T1的发射极E1与所述第一二极管D1的正极相连,所
述第一开关管T1的集电极C1与所述第一二极管D1的负极相连;
所述第二开关管T2的发射极E2与所述第二二极管D2的正极相连,所
述第二开关管T2的集电极C2与所述第二二极管D2的负极相连;
所述第二开关管T2的发射极E2与所述第一晶闸管D3的阳极相连,所
述第二开关管T2的集电极C2与所述第一晶闸管D3的阴极相连;
所述第二开关管T2的集电极C2与所述第二晶闸管D4的阳极相连,所
述第二开关管T2的发射极E2与所述第二晶闸管D4的阴极相连;
所述旁路开关K与所述第二晶闸管D4并联;
所述子模块控制器101,用于实时监测和判断子模块中各电气量及故障状
态,当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,发送控制第二
开关管T2封锁脉冲的封锁信号和控制旁路开关K闭合的闭合信号将所述子模
块旁路。
2.根据权利要求1所述的子模块故障保护电路,其特征在于,所述第二
开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,当所述子模块控制器101监测
到所述子模块电气量满足第一预设值或第二预设值时,导通所述第二晶闸管
D4。
3.根据权利要求1所述的子模块故障保护电路,其特征在于,所述子模
块控制器101包括:
监测模块,用于实时监测并判断所述子模块的电气量及故障状态;
第一驱动电路,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,发送控制第二开关管T2封锁脉冲的封锁信号;
第二驱动电路,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,发送控制旁路开关K闭合的闭合信号;
第三驱动电路,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,当所述监测模块监测得到所述子模块电气量满足第一预设值时,导通
所述第二晶闸管D4。
4.根据权利要求2所述的子模块故障保护电路,其特征在于,还包括:
第三晶闸管D5,所述第一开关管T1的集电极C1与所述第三晶闸管D5的阳
极相连,所述第一开关管T1的发射极E1与所述第三晶闸管D5的阴极相连,
当所述子模块控制器101监测得到子模块电气量满足第二预设值时,所述第
三晶闸管D5导通。
5.根据权利要求4所述的子模块故障保护电路,其特征在于,所述子模
块控制器101还包括:
第四驱动电路,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,当所述监测模块监测得到所述子模块电气量满足第二预设值时,导通
所述第二晶闸管D4的同时导通所述第三晶闸管D5。
6.一种模块化多电平换流器的子模块故障保护方法,其特征在于,包括:
当模块化多电平换流器的子模块发生第二开关管T2开通、第一开关管
T1短路故障时,锁闭第二开关管T2、导通第二晶闸管D4;
关闭旁路开关K,将所述子模块旁路。
7.根据权利要求6所述的子模块故障保护方法,其特征在于,还包括:
当模块化多电平换流器的子模块发生第二开关管T2开通、第一开关管
T1短路故障时,在导通第二晶闸管D4的同时导通第三晶闸管D5。

说明书

一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路及方法

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域,尤其涉及一种模块化多电平换流器
的子模块故障保护电路及方法。

背景技术

柔性直流输电技术是一种基于电压源换流器的新型的高压直流输电技
术,凭借其没有换向失败问题,可实现有功和无功功率的快速解耦控制以及
谐波含量低的优越性间更广泛应用于分布式发电并网、交流系统的异步互联、
多端直流输电和城市配电网增容等领域。

模块化多电平换流器作为实现柔性直流输电工程化的电压源型换流器拓
扑之一近年来受到极大关注。其基本电路单元为子模块,结构示意图如图1
所示,包括:两个IGBT开关管(T1和T2)、与每个IGBT反向并联的二极管
(D1和D2)、与T2反向并联的晶闸管(D3)、旁路开关(K)、均压电阻(R)、
支撑电容(C)等,上层控制系统通过控制T1、T2的开通和关断,子模块输
出Uc或0(Uc为支撑电容器电压,即直流侧电压)。其中,D3的功能为在直
流侧发生短路故障后、断路器断开前这段太阳城集团内进行触发导通,以承担本应
流过二极管的过电流,起到保护续流二极管的作用;K能实现冗余子模块和
故障模块的快速切换,而且一旦闭合即不能通过控制断开,只有当变流器停
电检修时通过手动复位;R为子电容电压提供一个静态均压作用,也可用于
变流器停机后支撑电容放电。通过控制各子模块的投入和退出就可生成稳定
的交流与直流输出电压,从而改变换流器的输出电压及功率等级。

但是,当子模块处于T1关断、T2开通的切出工作状态,此时若T1发生
故障短路,为保护子模块中的其他元器件,子模块控制器会对T2发送脉冲封
锁信号,闭合K,旁路故障子模块,系统电流i从K直接流过,不再进入子
模块。但是从故障发生到T2脉冲封锁的反应太阳城集团为10us左右,而K的合闸
太阳城集团约为10ms左右,由于K的动作太阳城集团较长,此时故障电流扩散至系统,将
会影响同一桥臂或其他桥臂电压和电流的变化。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种模块化多电平换流器的子模块故
障保护电路及方法,为晶闸管D3反向并联一个晶闸管D4,在开启T2脉冲封
锁和闭合K时同步导通,子模块输入电流i通过晶闸管D4换流,将该故障子
模块迅速旁路,由于晶闸管反应太阳城集团与T2相近,比旁路开关要快,这样能够
避免将故障电流扩散至换流器中,保障了系统的准确、安全和可靠运行。

一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路,包括:支撑电容C、
均压电阻R、第一开关管T1、第二开关管T2、第一二极管D1、第二二极管
D2、第一晶闸管D3、旁路开关K、第二晶闸管D4和子模块控制器101;

其中,所述第一开关管T1的集电极C1通过支撑电容C与所述第二开关
管T2的发射极E2相连,所述第二开关管T2的集电极C2与所述第一开关管
T1的发射极E1相连;

所述均压电阻R与所述支撑电容C并联;

所述第一开关管T1的发射极E1与所述第一二极管D1的正极相连,所
述第一开关管T1的集电极C1与所述第一二极管D1的负极相连;

所述第二开关管T2的发射极E2与所述第二二极管D2的正极相连,所
述第二开关管T2的集电极C2与所述第二二极管D2的负极相连;

所述第二开关管T2的发射极E2与所述第一晶闸管D3的阳极相连,所
述第二开关管T2的集电极C2与所述第一晶闸管D3的阴极相连;

所述第二开关管T2的集电极C2与所述第二晶闸管D4的阳极相连,所
述第二开关管T2的发射极E2与所述第二晶闸管D4的阴极相连;

所述旁路开关K与所述第二晶闸管D4并联;

所述子模块控制器101,用于实时监测和判断子模块中各电气量及故障状
态,当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,发送控制第二
开关管T2封锁脉冲的封锁信号和控制旁路开关K闭合的闭合信号将所述子模
块旁路。

上述的子模块故障保护电路,优选的,所述第二开关管T2开通、第一开
关管T1短路故障时,当所述子模块控制器101监测到所述子模块电气量满足
第一预设值或第二预设值时,导通所述第二晶闸管D4。

上述的子模块故障保护电路,优选的,所述子模块控制器101包括:

监测模块,用于实时监测并判断所述子模块的电气量及故障状态;

第一驱动电路,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,发送控制第二开关管T2封锁脉冲的封锁信号;

第二驱动电路,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,发送控制旁路开关K闭合的闭合信号;

第三驱动电路,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,当所述监测模块监测得到所述子模块电气量满足第一预设值时,导通
所述第二晶闸管D4。

上述的子模块故障保护电路,优选的,还包括:第三晶闸管D5,所述第
一开关管T1的集电极C1与所述第三晶闸管D5的阳极相连,所述第一开关
管T1的发射极E1与所述第三晶闸管D5的阴极相连,当所述子模块控制器
101监测得到子模块电气量满足第二预设值时,所述第三晶闸管D5导通。

上述的子模块故障保护电路,优选的,所述子模块控制器101还包括:

第四驱动电路,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,当所述监测模块监测得到所述子模块电气量满足第二预设值时,导通
所述第二晶闸管D4的同时导通所述第三晶闸管D5。

一种模块化多电平换流器的子模块故障保护方法,包括:

当模块化多电平换流器的子模块发生第二开关管T2开通、第一开关管
T1短路故障时,锁闭第二开关管T2、导通第二晶闸管D4;

关闭旁路开关K,将所述子模块旁路。

上述的子模块故障保护方法,优选的,还包括:

当模块化多电平换流器的子模块发生第二开关管T2开通、第一开关管
T1短路故障时,在导通第二晶闸管D4的同时导通第三晶闸管D5。

本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路,包括:
支撑电容C、均压电阻R、第一开关管T1、第二开关管T2、第一二极管D1、
第二二极管D2、第一晶闸管D3、旁路开关K、第二晶闸管D4和子模块控制
器101;当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,第二开关
管T2封锁脉冲,第二晶闸管D4导通,系统电流通过第二晶闸管D4流过该
产生故障子模块,相当于将该故障子模块旁路,同时子模块控制器发送控制
旁路开关K闭合的闭合信号,旁路开关K闭合,系统电流流过K,正式将所
述子模块旁路,再投入冗余子模块。采用本发明提供的一种模块化多电平换
流器的子模块故障保护电路及方法,当所述第二开关管T2开通、第一开关管
T1短路故障时,能够有效防止故障电流扩大至系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实
施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面
描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不
付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中模块化多电平换流器的子模块结构示意图;

图2是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路实
施例1的结构示意图;

图3是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路实
施例1的第一开关管T1短路故障发生在桥臂电流i大于零的上半周期时电流
流向图;

图4是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路实
施例1的第一开关管T1短路故障发生在桥臂电流i小于零的下半周期时电流
流向图;

图5是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路实
施例1中子模块控制器101的结构示意图;

图6是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护方法实
施例2的结构示意图;

图7是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路实
施例2的第一开关管T1短路故障发生在桥臂电流i小于零的下半周期时电流
流向图;

图8是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路实
施例2中子模块控制器101的结构示意图;

图9是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护方法实
施例1的流程图;

图10是本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护方法实
施例2的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发
明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,
显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获
得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

参见图2示出了本发明提供的一种模块化多电平换流器的故障保护电路
实施例1的结构示意图,包括:支撑电容C、均压电阻R、第一开关管T1第
二开关管T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一晶闸管D3、旁路开关K、
第二晶闸管D4和子模块控制器101;图中虚线表示的控制信号传输路径。

模块化多电平换流器的基本电路单元为子模块,多个子模块组合组成了
换流器的桥臂结构。

其中,所述均压电阻R和所述支撑电容C并联;

换流器的每个子模块的组成结构完全相同,均压电阻R用于变流器停机
后支撑电容器放电,为实现均压控制的电容电压提供必要的检测通道、为子
电容电压提供一个静态均压作用。

所述第一开关管T1的集电极C1通过支撑电容C与所述第二开关管T2
的发射极E2相连,所述第二开关管T2的集电极C2与所述第一开关管T1的
发射极E1相连;

所述第一开关管T1的发射极E1与所述第一二极管D1的正极相连,所
述第一开关管T1的集电极C1与所述第一二极管D1的负极相连;

所述第二开关管T2的发射极E2与所述第二二极管D2的正极相连,所
述第二开关管T2的集电极C2与所述第二二极管D2的负极相连;

所述第二开关管T2的发射极E2与所述第一晶闸管D3的阳极相连,所
述第二开关管T2的集电极C2与所述第一晶闸管D3的阴极相连;

第一晶闸管D3用于系统直流侧发生短路故障后、断路器断开前这段太阳城集团
内进行触发导通,承担本应流过第二二极管D2的过电流,对所述第二二极管
D2进行分流保护。当第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,第一
晶闸管D3处于锁闭状态。

所述第二开关管T2的集电极C2与所述第二晶闸管D4的阳极相连,所
述第二开关管T2的发射极E2与所述第二晶闸管D4的阴极相连;

所述旁路开关K与所述第二晶闸管D4并联;

第二晶闸管D4的反应太阳城集团一般为几十个us。

对于模块化多电平换流器的单个子模块,其工作状态共有三种开关状态:

(1)闭锁状态:第一开关管T1、第二开关管T2均关断,一般在启动前
和严重故障时出现,正常运行时不出现;

(2)投入状态:第一开关管T1开通、第二开关管T2关断,此时子模块
输出电压为支撑电容C的电压;

(3)切出状态:第一开关管T1关断、第二开关管T2开通。第一开关管
T1短路故障,当此故障发生于桥臂电流i大于零的上半周期时,由于第二开
关管T2开通、第一开关管T1短路,支撑电容C通过第一开关管T1-第二开
关管T2回路迅速放电。此时流过第一开关管T1、第二开关管T2和支撑电容
的电流迅速增大,在几us内达到额定电流的几十倍,会造成第一开关管T1
和第二开关管T2爆炸。此时应封锁第一开关管T1和第二开关管T2的脉冲,
电流仍通过故障的第一开关管T1对支撑电容进行充电。当此故障发生于桥臂
电流i小于零的下半周期时,电流通过第二二极管D2导通,由于第一开关管
T1短路使得第二开关管T2的两端电压为支撑电容C电压,第二二极管D2
从导通状态转为截止状态,此时支撑电容C通过第一开关管T1和外部回路放
电。故障电流扩散至系统,这会导致同一桥臂或其他桥臂电压和电流的变化,
对换流器性能造成一定影响。

参见图3和图4示出了本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块
故障保护电路实施例1的第一开关管T1短路故障时的电流流向图,箭头方向
为电流流向。

其中,图3为第一开关管T1短路故障发生在桥臂电流大于零的上半周期
时电流流向;

当子模块处于切出状态,即第一开关管T1关断、第二开关管T2开通,
若故障发生在电流大于零的上半周期,此时所述子模块控制器101向第一开
关管T1和第二开关管T2发送脉冲封锁信号,控制旁路开关K闭合的同时导
通第二晶闸管D4。由于第二晶闸管D4的动作太阳城集团非常快,i通过第二晶闸管
D4换向至ik,将所述子模块快速旁路。

图4为第一开关管T1短路故障发生在桥臂电流小于零的下半周期时电流
流向。

若故障发生在电流小于零的下半周期,此时所述子模块控制器101向第
一开关管T1和第二开关管T2发送脉冲封锁信号,控制旁路开关K闭合的同
时导通第二晶闸管D4,此时支撑电容C通过故障第一开关管T1-第二晶闸管
D4回路迅速放电。当电容电压降低为零时(太阳城集团为1ms左右),第二晶闸管
D4截止,电流通过第二二极管D2继续导通,子模块输出电压为零,直至K
闭合完毕则所述子模块旁路。D4的快速导通能防止故障电流扩散至系统,导
致同一桥臂或其他桥臂电压和电流发生变化。

参见图5示出了本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保
护电路实施例1中子模块控制器101的结构示意图,包括:监测模块1011、
第一驱动电路1012、第二驱动电路1013和第三驱动电路1014。

所述监测模块1011,用于实时监测并判断所述子模块的电气量及故障状
态;

第一驱动电路1012,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短
路故障时,发送控制第二开关管T2封锁脉冲的封锁信号;

第二驱动电路1013,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短
路故障时,发送控制旁路开关K闭合的闭合信号;

第三驱动电路1014,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短
路故障时,当监测模块1011监测得到所述子模块电气量满足第一预设值时,
导通所述第二晶闸管D4。

由于旁路开关K的反应太阳城集团较长,一般为10ms作用左右,当第二开关管
T2开通、第一开关管T1短路故障时,第二开关管T2接受子模块控制器101
发送的封锁信号,反应太阳城集团为10us左右,电流不再流经第二开关管T2。为加
快将该故障子模块旁路、防止故障电流扩散至系统,为旁路开关K并联一个
第二晶闸管D4。当第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,所述子
模块电气量发生快速变化并能够迅速达到第一预设值,当所述子模块控制器
101的监测模块1011监测得到所述子模块电气量满足第一预设值时,第一驱
动电路1012发送对第二开关管T2进行脉冲封锁的封锁信号,第二驱动电路
1013发送闭合旁路开关K的闭合信号,同时第三驱动电路1014导通所述第
二晶闸管D4,将所述子模块旁路。

实际实施中,在该故障子模块旁路后,冗余设置的子模块随机投入使用,
继续该子模块的动作、功能,该模块化多电平换流器的整体性能不受影响。

由上述可知,本发明实施例1提供的一种模块化多电平换流器的子模块
故障保护电路,包括:支撑电容C、均压电阻R、第一开关管T1、第二开关
管T2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一晶闸管D3、旁路开关K、第二
晶闸管D4和子模块控制器101;当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1
短路故障时,子模块控制器101控制第二开关管T2封锁脉冲,第二晶闸管
D4导通,同时旁路开关K闭合。采用本发明提供的一种模块化多电平换流器
的子模块故障保护电路,当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故
障时,可实现故障子模块的快速旁路,且能够有效防止故障电流扩大至系统。

参见图6示出了本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保
护电路实施例2的结构示意图,本结构是在图2所示的结构上,还包括:第
三晶闸管D5,所述第一开关管T1的集电极C1与所述第三晶闸管D5的阳极
相连,所述第一开关管T1的发射极E1与所述第三晶闸管D5的阴极相连,
即所述第三晶闸管D5与所述第一二极管D1反向并联。

参见图7示出了本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保
护电路实施例2的第一开关管T1短路故障发生在桥臂电流小于零的下半周期
时电流流向。

当子模块处于第一开关管T1关断、第二开关管T2开通,若故障发生在
电流小于零的下半周期,此时所述子模块控制器101向第一开关管T1和第二
开关管T2发送脉冲封锁信号,控制旁路开关K闭合,同时导通第二晶闸管
D4和第三晶闸管D5,此时支撑电容C通过故障第二晶闸管D4-第三晶闸管
D5回路迅速放电。当电容电压降低为零时(太阳城集团为1ms内),第二晶闸管D4
截止,电流通过第二二极管D2续流,子模块输出电压为零,直至K闭合完
毕则所述子模块旁路。其中第二晶闸管D4的快速导通能防止故障电流扩散至
系统,导致同一桥臂或其他桥臂电压和电流发生变化;第三晶闸管的D5的导
通则承担了本应通过故障第二开关管的大电流,有效保护了故障元件不被损
坏。

参见图8示出了本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保
护电路实施例2中子模块控制器101,在图5所示的结构还包括第四驱动电路
1015。

所述第四驱动电路1015,用于当所述第二开关管T2开通、第一开关管
T1短路故障时,当所述子模块控制器101的监测模块1011监测得到所述子模
块电气量满足第二预设值时,导通所述第二晶闸管D4的同时导通所述第三晶
闸管D5。

当第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,所述子模块电气量
发生快速变化并能够迅速达到第二预设值,当所述子模块控制器101的监测
模块1011监测得到所述子模块电气量满足第二预设值时,同时导通第二晶闸
管D4和第三晶闸管D5。

导通所述第二晶闸管D4,能够将所述子模块旁路;

由于第三晶闸管D5的导通,第三晶闸管D5对流经第一开关管T1的过
电流进行分流,有效防止故障电流导致第一开关管T1炸裂,这样就不会因某
个元件故障而导致子模块整体损坏,提高了模块化多电平换流器本身的可用
率。

实际实施中,在该故障子模块旁路后,冗余设置的子模块随机投入使用,
继续该子模块的动作、功能,该模块化多电平换流器的整体性能不受影响。

与上述的本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保护电路
相对应的,本发明还提供了一种模块化多电平换流器的子模块故障保护方法。

参见图9示出了本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块保护方
法实施例1的流程图,包括:

步骤S101:当所述模块化多电平换流器的子模块发生第二开关管T2开
通、第一开关管T1短路故障时,锁闭第二开关管T2、导通第二晶闸管D4;

当所述模块化多电平换流器的子模块的第二开关管T2开通、第一开关管
T1短路故障时,子模块控制器101的第一驱动电路1012发送封锁信号控制所
述第二开关管T2封锁脉冲,其反应太阳城集团较快,一般为10us左右。为了加快
将该故障子模块旁路、启动冗余子模块的速度,为旁路开关K并联一个第二
晶闸管D4。当所述模块化多电平换流器的子模块的第二开关管T2开通、第
一开关管T1短路故障时,所述子模块电气量发生快速变化并能够迅速达到第
第一预设值,当监测模块1011监测得到所述子模块电气量满足第一预设值时,
第三驱动电路1014导通所述第二晶闸管D4,其反应太阳城集团一般为几个us,相
当于将所述故障子模块旁路,禁止该故障子模块投入系统。

步骤S102:旁路开关K关闭,将所述子模块旁路。

由于旁路开关K的反应太阳城集团较长,一般为10ms作用左右,当第二开关管
T2封锁脉冲、第二晶闸管D4导通时,子模块控制器101的第二驱动电路1013
同时发送控制旁路开关K闭合的闭合信号,旁路开关K接收该闭合信号后经
过反应太阳城集团(10ms)后,最终旁路开关K闭合将所述故障子模块真正旁路,
能够有效防止故障电流扩大至系统。

实际实施中,在该故障子模块旁路后,冗余设置的子模块随机投入使用,
继续该子模块的动作、功能,该模块化多电平换流器的整体性能不受影响。

由上述可知,本发明实施例1提供的一种模块化多电平换流器的子模块
故障保护方法,包括:当所述模块化多电平换流器的子模块故障保护电路的
第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,第二开关管T2锁闭、第二
晶闸管D4导通,快速旁路该故障子模块;控制旁路开关K关闭,将所述子
模块真正旁路。采用本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保
护方法,当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,能够有效
防止故障电流扩大至系统。

参见图10示出了本发明提供的一种模块化多电平换流器的子模块故障保
护方法实施例2的流程图,本流程图是在图9的步骤S101和步骤S102之间
还包括:

步骤S103:当模块化多电平换流器的子模块发生第二开关管T2开通、
第一开关管T1短路故障时,在导通第二晶闸管D4的同时导通第三晶闸管D5。

当第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,所述子模块电气量
发生快速变化并能够迅速达到第二预设值,当所述子模块控制器101的监测
模块1011监测得到所述子模块电气量满足第二预设值时,同时导通第二晶闸
管D4和第三晶闸管D5。

当所述第二开关管T2开通、第一开关管T1短路故障时,若只采取导通
第二晶闸管D4,支撑电容C通过短路的第一开关管T1-第二晶闸管D4迅速
放电,此时过大的电流可能会损坏第一开关管T1,因此将所述第三晶闸管D5
与第一二极管D1反向并联,在导通第二晶闸管D4的同时导通第三晶闸管
D5,该大电流分流到第三晶闸管D5,保护了第一开关管T1,防止该故障的
第一开关管T1炸裂。

由上述可知,本发明实施例2提供的一种模块化多电平换流器的子模块
故障保护方法,还包括:导通第三晶闸管D5,所述第三晶闸管D5分流流经
故障的第一开关管T1的电流,防止该故障的第一开关管T1炸裂,有效保护
故障元件。

在本发明实施例中,当监测模块判断出子模块电气量满足第一预设值时,
所述第二晶闸管D4导通,当监测模块判断出子模块电气量满足第二预设值
时,第三晶闸管D5导通,所述第一预设值和第二预设值只是用于表示第二晶
闸管D4和第三晶闸管D5应导通时电流的临界值,一般情况下二者相等,但
不排除个别不相等情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普
通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润
饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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一种 模块化 电平 换流 模块 故障 保护 电路 方法
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