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一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路及方法.pdf

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一種 模塊化 電平 換流 模塊 故障 保護 電路 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210282768.3

申請日:

2012.08.09

公開號:

CN102801295B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02M 1/32申請日:20120809|||公開
IPC分類號: H02M1/32(2007.01)I 主分類號: H02M1/32
申請人: 株洲變流技術國家工程研究中心有限公司
發明人: 敬華兵; 吳強; 龔芬; 唐劍釗; 鄧明; 翟文杰
地址: 412000 湖南省株洲市石峰區時代路169號株洲變流技術國家工程研究中心有限公司
優先權:
專利代理機構: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227 代理人: 王寶筠
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210282768.3

授權公告號:

102801295B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2013.01.23|||2012.11.28

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路,當第二開關管T2開通、第一開關管T1關斷,而第一開關管T1短路故障時,子模塊控制器101控制第二開關管T2封鎖脈沖和第二晶閘管D4導通,同時向旁路開關發送閉合信號。由于旁路開關K的動作時間較長,第二晶閘管D4的導通可實現故障子模塊的快速旁路。本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路及方法,當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,能夠有效防止故障電流擴大至系統,保證了直流側電壓的穩定且滿足系統高可靠性及安全運行要求。

權利要求書

1.一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路,其特征在于,包括:
支撐電容C、均壓電阻R、第一開關管T1、第二開關管T2、第一二極管D1、
第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關K、第二晶閘管D4和子模塊控制
器101;
其中,所述第一開關管T1的集電極C1通過支撐電容C與所述第二開關
管T2的發射極E2相連,所述第二開關管T2的集電極C2與所述第一開關管
T1的發射極E1相連;
所述均壓電阻R與所述支撐電容C并聯;
所述第一開關管T1的發射極E1與所述第一二極管D1的正極相連,所
述第一開關管T1的集電極C1與所述第一二極管D1的負極相連;
所述第二開關管T2的發射極E2與所述第二二極管D2的正極相連,所
述第二開關管T2的集電極C2與所述第二二極管D2的負極相連;
所述第二開關管T2的發射極E2與所述第一晶閘管D3的陽極相連,所
述第二開關管T2的集電極C2與所述第一晶閘管D3的陰極相連;
所述第二開關管T2的集電極C2與所述第二晶閘管D4的陽極相連,所
述第二開關管T2的發射極E2與所述第二晶閘管D4的陰極相連;
所述旁路開關K與所述第二晶閘管D4并聯;
所述子模塊控制器101,用于實時監測和判斷子模塊中各電氣量及故障狀
態,當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,發送控制第二
開關管T2封鎖脈沖的封鎖信號和控制旁路開關K閉合的閉合信號將所述子模
塊旁路。
2.根據權利要求1所述的子模塊故障保護電路,其特征在于,所述第二
開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,當所述子模塊控制器101監測
到所述子模塊電氣量滿足第一預設值或第二預設值時,導通所述第二晶閘管
D4。
3.根據權利要求1所述的子模塊故障保護電路,其特征在于,所述子模
塊控制器101包括:
監測模塊,用于實時監測并判斷所述子模塊的電氣量及故障狀態;
第一驅動電路,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,發送控制第二開關管T2封鎖脈沖的封鎖信號;
第二驅動電路,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,發送控制旁路開關K閉合的閉合信號;
第三驅動電路,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,當所述監測模塊監測得到所述子模塊電氣量滿足第一預設值時,導通
所述第二晶閘管D4。
4.根據權利要求2所述的子模塊故障保護電路,其特征在于,還包括:
第三晶閘管D5,所述第一開關管T1的集電極C1與所述第三晶閘管D5的陽
極相連,所述第一開關管T1的發射極E1與所述第三晶閘管D5的陰極相連,
當所述子模塊控制器101監測得到子模塊電氣量滿足第二預設值時,所述第
三晶閘管D5導通。
5.根據權利要求4所述的子模塊故障保護電路,其特征在于,所述子模
塊控制器101還包括:
第四驅動電路,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,當所述監測模塊監測得到所述子模塊電氣量滿足第二預設值時,導通
所述第二晶閘管D4的同時導通所述第三晶閘管D5。
6.一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法,其特征在于,包括:
當模塊化多電平換流器的子模塊發生第二開關管T2開通、第一開關管
T1短路故障時,鎖閉第二開關管T2、導通第二晶閘管D4;
關閉旁路開關K,將所述子模塊旁路。
7.根據權利要求6所述的子模塊故障保護方法,其特征在于,還包括:
當模塊化多電平換流器的子模塊發生第二開關管T2開通、第一開關管
T1短路故障時,在導通第二晶閘管D4的同時導通第三晶閘管D5。

說明書

一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路及方法

技術領域

本發明屬于柔性直流輸電技術領域,尤其涉及一種模塊化多電平換流器
的子模塊故障保護電路及方法。

背景技術

柔性直流輸電技術是一種基于電壓源換流器的新型的高壓直流輸電技
術,憑借其沒有換向失敗問題,可實現有功和無功功率的快速解耦控制以及
諧波含量低的優越性間更廣泛應用于分布式發電并網、交流系統的異步互聯、
多端直流輸電和城市配電網增容等領域。

模塊化多電平換流器作為實現柔性直流輸電工程化的電壓源型換流器拓
撲之一近年來受到極大關注。其基本電路單元為子模塊,結構示意圖如圖1
所示,包括:兩個IGBT開關管(T1和T2)、與每個IGBT反向并聯的二極管
(D1和D2)、與T2反向并聯的晶閘管(D3)、旁路開關(K)、均壓電阻(R)、
支撐電容(C)等,上層控制系統通過控制T1、T2的開通和關斷,子模塊輸
出Uc或0(Uc為支撐電容器電壓,即直流側電壓)。其中,D3的功能為在直
流側發生短路故障后、斷路器斷開前這段時間內進行觸發導通,以承擔本應
流過二極管的過電流,起到保護續流二極管的作用;K能實現冗余子模塊和
故障模塊的快速切換,而且一旦閉合即不能通過控制斷開,只有當變流器停
電檢修時通過手動復位;R為子電容電壓提供一個靜態均壓作用,也可用于
變流器停機后支撐電容放電。通過控制各子模塊的投入和退出就可生成穩定
的交流與直流輸出電壓,從而改變換流器的輸出電壓及功率等級。

但是,當子模塊處于T1關斷、T2開通的切出工作狀態,此時若T1發生
故障短路,為保護子模塊中的其他元器件,子模塊控制器會對T2發送脈沖封
鎖信號,閉合K,旁路故障子模塊,系統電流i從K直接流過,不再進入子
模塊。但是從故障發生到T2脈沖封鎖的反應時間為10us左右,而K的合閘
時間約為10ms左右,由于K的動作時間較長,此時故障電流擴散至系統,將
會影響同一橋臂或其他橋臂電壓和電流的變化。

發明內容

有鑒于此,本發明的目的在于提供一種模塊化多電平換流器的子模塊故
障保護電路及方法,為晶閘管D3反向并聯一個晶閘管D4,在開啟T2脈沖封
鎖和閉合K時同步導通,子模塊輸入電流i通過晶閘管D4換流,將該故障子
模塊迅速旁路,由于晶閘管反應時間與T2相近,比旁路開關要快,這樣能夠
避免將故障電流擴散至換流器中,保障了系統的準確、安全和可靠運行。

一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路,包括:支撐電容C、
均壓電阻R、第一開關管T1、第二開關管T2、第一二極管D1、第二二極管
D2、第一晶閘管D3、旁路開關K、第二晶閘管D4和子模塊控制器101;

其中,所述第一開關管T1的集電極C1通過支撐電容C與所述第二開關
管T2的發射極E2相連,所述第二開關管T2的集電極C2與所述第一開關管
T1的發射極E1相連;

所述均壓電阻R與所述支撐電容C并聯;

所述第一開關管T1的發射極E1與所述第一二極管D1的正極相連,所
述第一開關管T1的集電極C1與所述第一二極管D1的負極相連;

所述第二開關管T2的發射極E2與所述第二二極管D2的正極相連,所
述第二開關管T2的集電極C2與所述第二二極管D2的負極相連;

所述第二開關管T2的發射極E2與所述第一晶閘管D3的陽極相連,所
述第二開關管T2的集電極C2與所述第一晶閘管D3的陰極相連;

所述第二開關管T2的集電極C2與所述第二晶閘管D4的陽極相連,所
述第二開關管T2的發射極E2與所述第二晶閘管D4的陰極相連;

所述旁路開關K與所述第二晶閘管D4并聯;

所述子模塊控制器101,用于實時監測和判斷子模塊中各電氣量及故障狀
態,當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,發送控制第二
開關管T2封鎖脈沖的封鎖信號和控制旁路開關K閉合的閉合信號將所述子模
塊旁路。

上述的子模塊故障保護電路,優選的,所述第二開關管T2開通、第一開
關管T1短路故障時,當所述子模塊控制器101監測到所述子模塊電氣量滿足
第一預設值或第二預設值時,導通所述第二晶閘管D4。

上述的子模塊故障保護電路,優選的,所述子模塊控制器101包括:

監測模塊,用于實時監測并判斷所述子模塊的電氣量及故障狀態;

第一驅動電路,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,發送控制第二開關管T2封鎖脈沖的封鎖信號;

第二驅動電路,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,發送控制旁路開關K閉合的閉合信號;

第三驅動電路,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,當所述監測模塊監測得到所述子模塊電氣量滿足第一預設值時,導通
所述第二晶閘管D4。

上述的子模塊故障保護電路,優選的,還包括:第三晶閘管D5,所述第
一開關管T1的集電極C1與所述第三晶閘管D5的陽極相連,所述第一開關
管T1的發射極E1與所述第三晶閘管D5的陰極相連,當所述子模塊控制器
101監測得到子模塊電氣量滿足第二預設值時,所述第三晶閘管D5導通。

上述的子模塊故障保護電路,優選的,所述子模塊控制器101還包括:

第四驅動電路,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,當所述監測模塊監測得到所述子模塊電氣量滿足第二預設值時,導通
所述第二晶閘管D4的同時導通所述第三晶閘管D5。

一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法,包括:

當模塊化多電平換流器的子模塊發生第二開關管T2開通、第一開關管
T1短路故障時,鎖閉第二開關管T2、導通第二晶閘管D4;

關閉旁路開關K,將所述子模塊旁路。

上述的子模塊故障保護方法,優選的,還包括:

當模塊化多電平換流器的子模塊發生第二開關管T2開通、第一開關管
T1短路故障時,在導通第二晶閘管D4的同時導通第三晶閘管D5。

本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路,包括:
支撐電容C、均壓電阻R、第一開關管T1、第二開關管T2、第一二極管D1、
第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關K、第二晶閘管D4和子模塊控制
器101;當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,第二開關
管T2封鎖脈沖,第二晶閘管D4導通,系統電流通過第二晶閘管D4流過該
產生故障子模塊,相當于將該故障子模塊旁路,同時子模塊控制器發送控制
旁路開關K閉合的閉合信號,旁路開關K閉合,系統電流流過K,正式將所
述子模塊旁路,再投入冗余子模塊。采用本發明提供的一種模塊化多電平換
流器的子模塊故障保護電路及方法,當所述第二開關管T2開通、第一開關管
T1短路故障時,能夠有效防止故障電流擴大至系統。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實
施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面
描述中的附圖是本發明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不
付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現有技術中模塊化多電平換流器的子模塊結構示意圖;

圖2是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實
施例1的結構示意圖;

圖3是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實
施例1的第一開關管T1短路故障發生在橋臂電流i大于零的上半周期時電流
流向圖;

圖4是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實
施例1的第一開關管T1短路故障發生在橋臂電流i小于零的下半周期時電流
流向圖;

圖5是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實
施例1中子模塊控制器101的結構示意圖;

圖6是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法實
施例2的結構示意圖;

圖7是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實
施例2的第一開關管T1短路故障發生在橋臂電流i小于零的下半周期時電流
流向圖;

圖8是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路實
施例2中子模塊控制器101的結構示意圖;

圖9是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法實
施例1的流程圖;

圖10是本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法實
施例2的流程圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合本發
明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,
顯然,所描述的實施例是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于
本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲
得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。

參見圖2示出了本發明提供的一種模塊化多電平換流器的故障保護電路
實施例1的結構示意圖,包括:支撐電容C、均壓電阻R、第一開關管T1第
二開關管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關K、
第二晶閘管D4和子模塊控制器101;圖中虛線表示的控制信號傳輸路徑。

模塊化多電平換流器的基本電路單元為子模塊,多個子模塊組合組成了
換流器的橋臂結構。

其中,所述均壓電阻R和所述支撐電容C并聯;

換流器的每個子模塊的組成結構完全相同,均壓電阻R用于變流器停機
后支撐電容器放電,為實現均壓控制的電容電壓提供必要的檢測通道、為子
電容電壓提供一個靜態均壓作用。

所述第一開關管T1的集電極C1通過支撐電容C與所述第二開關管T2
的發射極E2相連,所述第二開關管T2的集電極C2與所述第一開關管T1的
發射極E1相連;

所述第一開關管T1的發射極E1與所述第一二極管D1的正極相連,所
述第一開關管T1的集電極C1與所述第一二極管D1的負極相連;

所述第二開關管T2的發射極E2與所述第二二極管D2的正極相連,所
述第二開關管T2的集電極C2與所述第二二極管D2的負極相連;

所述第二開關管T2的發射極E2與所述第一晶閘管D3的陽極相連,所
述第二開關管T2的集電極C2與所述第一晶閘管D3的陰極相連;

第一晶閘管D3用于系統直流側發生短路故障后、斷路器斷開前這段時間
內進行觸發導通,承擔本應流過第二二極管D2的過電流,對所述第二二極管
D2進行分流保護。當第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,第一
晶閘管D3處于鎖閉狀態。

所述第二開關管T2的集電極C2與所述第二晶閘管D4的陽極相連,所
述第二開關管T2的發射極E2與所述第二晶閘管D4的陰極相連;

所述旁路開關K與所述第二晶閘管D4并聯;

第二晶閘管D4的反應時間一般為幾十個us。

對于模塊化多電平換流器的單個子模塊,其工作狀態共有三種開關狀態:

(1)閉鎖狀態:第一開關管T1、第二開關管T2均關斷,一般在啟動前
和嚴重故障時出現,正常運行時不出現;

(2)投入狀態:第一開關管T1開通、第二開關管T2關斷,此時子模塊
輸出電壓為支撐電容C的電壓;

(3)切出狀態:第一開關管T1關斷、第二開關管T2開通。第一開關管
T1短路故障,當此故障發生于橋臂電流i大于零的上半周期時,由于第二開
關管T2開通、第一開關管T1短路,支撐電容C通過第一開關管T1-第二開
關管T2回路迅速放電。此時流過第一開關管T1、第二開關管T2和支撐電容
的電流迅速增大,在幾us內達到額定電流的幾十倍,會造成第一開關管T1
和第二開關管T2爆炸。此時應封鎖第一開關管T1和第二開關管T2的脈沖,
電流仍通過故障的第一開關管T1對支撐電容進行充電。當此故障發生于橋臂
電流i小于零的下半周期時,電流通過第二二極管D2導通,由于第一開關管
T1短路使得第二開關管T2的兩端電壓為支撐電容C電壓,第二二極管D2
從導通狀態轉為截止狀態,此時支撐電容C通過第一開關管T1和外部回路放
電。故障電流擴散至系統,這會導致同一橋臂或其他橋臂電壓和電流的變化,
對換流器性能造成一定影響。

參見圖3和圖4示出了本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊
故障保護電路實施例1的第一開關管T1短路故障時的電流流向圖,箭頭方向
為電流流向。

其中,圖3為第一開關管T1短路故障發生在橋臂電流大于零的上半周期
時電流流向;

當子模塊處于切出狀態,即第一開關管T1關斷、第二開關管T2開通,
若故障發生在電流大于零的上半周期,此時所述子模塊控制器101向第一開
關管T1和第二開關管T2發送脈沖封鎖信號,控制旁路開關K閉合的同時導
通第二晶閘管D4。由于第二晶閘管D4的動作時間非常快,i通過第二晶閘管
D4換向至ik,將所述子模塊快速旁路。

圖4為第一開關管T1短路故障發生在橋臂電流小于零的下半周期時電流
流向。

若故障發生在電流小于零的下半周期,此時所述子模塊控制器101向第
一開關管T1和第二開關管T2發送脈沖封鎖信號,控制旁路開關K閉合的同
時導通第二晶閘管D4,此時支撐電容C通過故障第一開關管T1-第二晶閘管
D4回路迅速放電。當電容電壓降低為零時(時間為1ms左右),第二晶閘管
D4截止,電流通過第二二極管D2繼續導通,子模塊輸出電壓為零,直至K
閉合完畢則所述子模塊旁路。D4的快速導通能防止故障電流擴散至系統,導
致同一橋臂或其他橋臂電壓和電流發生變化。

參見圖5示出了本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保
護電路實施例1中子模塊控制器101的結構示意圖,包括:監測模塊1011、
第一驅動電路1012、第二驅動電路1013和第三驅動電路1014。

所述監測模塊1011,用于實時監測并判斷所述子模塊的電氣量及故障狀
態;

第一驅動電路1012,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短
路故障時,發送控制第二開關管T2封鎖脈沖的封鎖信號;

第二驅動電路1013,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短
路故障時,發送控制旁路開關K閉合的閉合信號;

第三驅動電路1014,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短
路故障時,當監測模塊1011監測得到所述子模塊電氣量滿足第一預設值時,
導通所述第二晶閘管D4。

由于旁路開關K的反應時間較長,一般為10ms作用左右,當第二開關管
T2開通、第一開關管T1短路故障時,第二開關管T2接受子模塊控制器101
發送的封鎖信號,反應時間為10us左右,電流不再流經第二開關管T2。為加
快將該故障子模塊旁路、防止故障電流擴散至系統,為旁路開關K并聯一個
第二晶閘管D4。當第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,所述子
模塊電氣量發生快速變化并能夠迅速達到第一預設值,當所述子模塊控制器
101的監測模塊1011監測得到所述子模塊電氣量滿足第一預設值時,第一驅
動電路1012發送對第二開關管T2進行脈沖封鎖的封鎖信號,第二驅動電路
1013發送閉合旁路開關K的閉合信號,同時第三驅動電路1014導通所述第
二晶閘管D4,將所述子模塊旁路。

實際實施中,在該故障子模塊旁路后,冗余設置的子模塊隨機投入使用,
繼續該子模塊的動作、功能,該模塊化多電平換流器的整體性能不受影響。

由上述可知,本發明實施例1提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊
故障保護電路,包括:支撐電容C、均壓電阻R、第一開關管T1、第二開關
管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一晶閘管D3、旁路開關K、第二
晶閘管D4和子模塊控制器101;當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1
短路故障時,子模塊控制器101控制第二開關管T2封鎖脈沖,第二晶閘管
D4導通,同時旁路開關K閉合。采用本發明提供的一種模塊化多電平換流器
的子模塊故障保護電路,當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故
障時,可實現故障子模塊的快速旁路,且能夠有效防止故障電流擴大至系統。

參見圖6示出了本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保
護電路實施例2的結構示意圖,本結構是在圖2所示的結構上,還包括:第
三晶閘管D5,所述第一開關管T1的集電極C1與所述第三晶閘管D5的陽極
相連,所述第一開關管T1的發射極E1與所述第三晶閘管D5的陰極相連,
即所述第三晶閘管D5與所述第一二極管D1反向并聯。

參見圖7示出了本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保
護電路實施例2的第一開關管T1短路故障發生在橋臂電流小于零的下半周期
時電流流向。

當子模塊處于第一開關管T1關斷、第二開關管T2開通,若故障發生在
電流小于零的下半周期,此時所述子模塊控制器101向第一開關管T1和第二
開關管T2發送脈沖封鎖信號,控制旁路開關K閉合,同時導通第二晶閘管
D4和第三晶閘管D5,此時支撐電容C通過故障第二晶閘管D4-第三晶閘管
D5回路迅速放電。當電容電壓降低為零時(時間為1ms內),第二晶閘管D4
截止,電流通過第二二極管D2續流,子模塊輸出電壓為零,直至K閉合完
畢則所述子模塊旁路。其中第二晶閘管D4的快速導通能防止故障電流擴散至
系統,導致同一橋臂或其他橋臂電壓和電流發生變化;第三晶閘管的D5的導
通則承擔了本應通過故障第二開關管的大電流,有效保護了故障元件不被損
壞。

參見圖8示出了本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保
護電路實施例2中子模塊控制器101,在圖5所示的結構還包括第四驅動電路
1015。

所述第四驅動電路1015,用于當所述第二開關管T2開通、第一開關管
T1短路故障時,當所述子模塊控制器101的監測模塊1011監測得到所述子模
塊電氣量滿足第二預設值時,導通所述第二晶閘管D4的同時導通所述第三晶
閘管D5。

當第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,所述子模塊電氣量
發生快速變化并能夠迅速達到第二預設值,當所述子模塊控制器101的監測
模塊1011監測得到所述子模塊電氣量滿足第二預設值時,同時導通第二晶閘
管D4和第三晶閘管D5。

導通所述第二晶閘管D4,能夠將所述子模塊旁路;

由于第三晶閘管D5的導通,第三晶閘管D5對流經第一開關管T1的過
電流進行分流,有效防止故障電流導致第一開關管T1炸裂,這樣就不會因某
個元件故障而導致子模塊整體損壞,提高了模塊化多電平換流器本身的可用
率。

實際實施中,在該故障子模塊旁路后,冗余設置的子模塊隨機投入使用,
繼續該子模塊的動作、功能,該模塊化多電平換流器的整體性能不受影響。

與上述的本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路
相對應的,本發明還提供了一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保護方法。

參見圖9示出了本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊保護方
法實施例1的流程圖,包括:

步驟S101:當所述模塊化多電平換流器的子模塊發生第二開關管T2開
通、第一開關管T1短路故障時,鎖閉第二開關管T2、導通第二晶閘管D4;

當所述模塊化多電平換流器的子模塊的第二開關管T2開通、第一開關管
T1短路故障時,子模塊控制器101的第一驅動電路1012發送封鎖信號控制所
述第二開關管T2封鎖脈沖,其反應時間較快,一般為10us左右。為了加快
將該故障子模塊旁路、啟動冗余子模塊的速度,為旁路開關K并聯一個第二
晶閘管D4。當所述模塊化多電平換流器的子模塊的第二開關管T2開通、第
一開關管T1短路故障時,所述子模塊電氣量發生快速變化并能夠迅速達到第
第一預設值,當監測模塊1011監測得到所述子模塊電氣量滿足第一預設值時,
第三驅動電路1014導通所述第二晶閘管D4,其反應時間一般為幾個us,相
當于將所述故障子模塊旁路,禁止該故障子模塊投入系統。

步驟S102:旁路開關K關閉,將所述子模塊旁路。

由于旁路開關K的反應時間較長,一般為10ms作用左右,當第二開關管
T2封鎖脈沖、第二晶閘管D4導通時,子模塊控制器101的第二驅動電路1013
同時發送控制旁路開關K閉合的閉合信號,旁路開關K接收該閉合信號后經
過反應時間(10ms)后,最終旁路開關K閉合將所述故障子模塊真正旁路,
能夠有效防止故障電流擴大至系統。

實際實施中,在該故障子模塊旁路后,冗余設置的子模塊隨機投入使用,
繼續該子模塊的動作、功能,該模塊化多電平換流器的整體性能不受影響。

由上述可知,本發明實施例1提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊
故障保護方法,包括:當所述模塊化多電平換流器的子模塊故障保護電路的
第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,第二開關管T2鎖閉、第二
晶閘管D4導通,快速旁路該故障子模塊;控制旁路開關K關閉,將所述子
模塊真正旁路。采用本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保
護方法,當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,能夠有效
防止故障電流擴大至系統。

參見圖10示出了本發明提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊故障保
護方法實施例2的流程圖,本流程圖是在圖9的步驟S101和步驟S102之間
還包括:

步驟S103:當模塊化多電平換流器的子模塊發生第二開關管T2開通、
第一開關管T1短路故障時,在導通第二晶閘管D4的同時導通第三晶閘管D5。

當第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,所述子模塊電氣量
發生快速變化并能夠迅速達到第二預設值,當所述子模塊控制器101的監測
模塊1011監測得到所述子模塊電氣量滿足第二預設值時,同時導通第二晶閘
管D4和第三晶閘管D5。

當所述第二開關管T2開通、第一開關管T1短路故障時,若只采取導通
第二晶閘管D4,支撐電容C通過短路的第一開關管T1-第二晶閘管D4迅速
放電,此時過大的電流可能會損壞第一開關管T1,因此將所述第三晶閘管D5
與第一二極管D1反向并聯,在導通第二晶閘管D4的同時導通第三晶閘管
D5,該大電流分流到第三晶閘管D5,保護了第一開關管T1,防止該故障的
第一開關管T1炸裂。

由上述可知,本發明實施例2提供的一種模塊化多電平換流器的子模塊
故障保護方法,還包括:導通第三晶閘管D5,所述第三晶閘管D5分流流經
故障的第一開關管T1的電流,防止該故障的第一開關管T1炸裂,有效保護
故障元件。

在本發明實施例中,當監測模塊判斷出子模塊電氣量滿足第一預設值時,
所述第二晶閘管D4導通,當監測模塊判斷出子模塊電氣量滿足第二預設值
時,第三晶閘管D5導通,所述第一預設值和第二預設值只是用于表示第二晶
閘管D4和第三晶閘管D5應導通時電流的臨界值,一般情況下二者相等,但
不排除個別不相等情況。

以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普
通技術人員來說,在不脫離本發明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤
飾,這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。

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