[實用新型]一種帶休眠IGBT的MMC子模塊拓撲結構

有效

• 申請號: 201520248909.9
• 申請日: 2015-04-22
• 公開（公告）號: CN204597771U
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 邢長達;朱成杰;梁克靖;邢鵬飛
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及電力系統輸配電技術領域，具體地，是一種帶休眠IGBT的MMC子模塊拓撲結構。

背景技術

西門子公司提出的模塊化多電平換流器(MMC)，采用模塊化設計，通過調整子模塊的串聯個數可以實現電壓及功率等級的靈活變化，并且可以擴展到任意電平輸出，減小了電磁干擾和輸出電壓的諧波含量，輸出電壓非常平滑且接近理想正弦波形，因此具有良好的應用前景。

通常，子模塊由兩個開關管組成一個逆變半橋的結構，其中上半橋開關管由絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)及與之反并聯的二極管組成，下半橋開關管由IGBT及與之反并聯的二極管組成，另外包括子模塊儲能電容器。

在子模塊中，IGBT的故障發生率是最高的，IGBT故障時，現有的MMC子模塊將不能正常工作。由于現有的子模塊欠缺故障排除的能力，故IGBT故障時會造成換流器輸出降壓或者斷電，使得輸電系統處于不穩定的狀態。

實用新型內容

本實用新型提供的帶休眠IGBT的MMC子模塊拓撲結構，可以有效解決上述問題。

本實用新型提供的帶休眠IGBT的MMC子模塊拓撲結構，在兩個開關管組成一個逆變半橋結構的基礎上，另增加兩個IGBT1和IGBT2，這兩個IGBT1和IGBT2在子模塊正常工作時處于休眠狀態。當子模塊內正在投入運行的IGBT3或IGBT4出現故障時，上述的兩個IGBT1或IGBT2將在休眠狀態中被喚醒，立刻投入運用并切除發生故障的IGBT3或IGBT4。

所述的帶休眠IGBT的MMC子模塊拓撲結構，具體包括，由兩個IGBT組成一個逆變半橋的結構，其中上半橋開關管由IGBT3及與之反并聯的二極管D1組成，下半橋開關管由IGBT4及與之反并聯的二極管D2組成，并另在上、下半橋開關管各并聯一個IGBT，分別為IGBT1和IGBT2，另外包括子模塊儲能電容器C；

具體地，休眠IGBT1的集電極與IGBT3的集電極、二極管D1的陰極、子模塊儲能電容器C是電氣連接；休眠IGBT1的發射極與休眠IGBT2的集電極、IGBT3的發射極、二極管D1的陽極、IGBT4的集電極、二極管D2的陰極是電氣連接；休眠IGBT2的發射極和IGBT4的發射極、二極管D2的陽極、子模塊儲能電容器C是電氣連接。

需要在此說明的是，上半橋開關管中的IGBT3與其并聯的IGBT1共用一個二極管；下半橋開關管中的IGBT4與其并聯的IGBT2共用一個二極管。

具體地，上半橋開關管并聯的IGBT1為休眠IGBT，在上半橋開關管中IGBT3故障時處于休眠狀態，在上半橋開關管已投入的IGBT3出現故障時，休眠IGBT1將被喚醒而投入運行，出現故障的IGBT3將被切除。

具體地，下半橋開關管并聯的IGBT2為休眠IGBT，在上半橋開關管中IGBT4故障時處于休眠狀態，在下半橋開關管已投入的IGBT4出現故障時，休眠IGBT2將被喚醒而投入運行，出現故障的IGBT4將被切除。

需要在此說明的是，處于休眠狀態的IGBT1和IGBT2被喚醒是由子模塊控制器完成的。

所述的子模塊控制器采集子模塊儲能電容器電壓并且通過光纖傳送到主控制器，根據主控制器傳送來的指令，決定是否投入子模塊，而且對子模塊中IGBT3或IGBT4故障時作切除發生故障的IGBT3或IGBT4以及喚醒相應的休眠IGBT1或IGBT2的操作，并發送故障信息至主控制器。

具體地，子模塊在IGBT3或IGBT4出現故障時，及時反饋故障信息到子模塊控制器；子模塊控制器根據接收到的故障信息喚醒處于休眠狀態的IGBT1或IGBT2并切除對應的故障IGBT3或IGBT4。

本實用新型提供了一種帶休眠IGBT的MMC子模塊拓撲結構，在IGBT故障時，能夠讓換流器立刻恢復正常工作，避免換流器輸出降壓或者斷電，保證輸電系統穩定。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的拓撲結構。

圖2是本實用新型的無IGBT故障時子模塊運行示意圖。

圖3是本實用新型的IGBT3故障后子模塊運行示意圖。

圖4是本實用新型的IGBT4故障后子模塊運行示意圖。

圖5是本實用新型的IGBT3和IGBT4故障后子模塊運行示意圖。

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5中，1、2、3、4表示絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)；D1和D2表示二極管；C表示子模塊儲能電容器。

圖2、圖3、圖4、圖5中，粗線表示電流流過路徑，細線表示無電流路徑。