[發明專利]一種功率模塊冗余取能電路及控制方法

有效

• 申請號: 201810092738.3
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108111007B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 謝曄源;李海英;姜田貴;朱銘煉;曹冬明;張中鋒
• 申請（專利權）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種功率模塊冗余取能電路，功率模塊包括至少一個功率半導體器件、第一電容C1、第一旁路開關K1；本發明冗余取能電路包括第一穩壓管VD1、第二穩壓管VD2、第二開關K2、第一電阻R1、第二電阻R2、第二電容C2、電源板卡和控制板卡；電源板卡從電容C1上獲取能量，并向控制板卡提供電源，向電容C2充電；控制板卡通過觸發開關K2來控制旁路開關K1的合閘。本發明方案在電源板卡故障時，利用第一穩壓管的擊穿特性為電容C2充電，利用第二穩壓管的擊穿特性為開關K2提供觸發命令，實現電源板卡故障情況下旁路開關的可靠旁路，避免了功率模塊電源板卡故障條件下的設備停運，方案成本低，可靠性高。

技術領域

本發明屬于電力電子領域，特別涉及一種功率模塊冗余取能電路及控制方法。

背景技術

電壓源型換流器技術是一種以可關斷器件IGBT(絕緣柵雙極晶體管)和脈寬調制(PWM)技術為基礎的新型換流技術。在低壓應用場合，由IGBT構成的兩電平換流器得到了廣泛的應用，為解決其換流器輸出電壓高頻躍變，由此帶來設備dv/dt應力大、系統損耗大、噪聲高和電磁環境嚴酷等問題，三電平電壓源換流器被提出，在電壓等級和容量上擴展了電壓源型換流器的應用場合。

隨著模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的出現，多電平換流器在柔性直流輸電領域也得到了成功的應用，電壓等級達到數百千伏，容量達到數千兆。

電壓源型換流器由大量功率模塊串聯而成，當功率模塊發生故障時閉合旁路開關，將故障單元切除，系統不停運。然而，功率模塊內部的取能板卡如果出現故障，則控制板卡無法正常工作，且旁路開關的觸發回路不能工作，因此功率模塊無法成功旁路，致使系統停運。因此，如何提高功率模塊的取能可靠性，保證旁路開關的可靠合閘，成為提高電壓源型換流器成套設備可靠性的關鍵技術因素。

發明專利CN201710228027.X提出了一種多電平換流器子模塊旁路開關自觸發電路，利用旁路開關兩端電壓給旁路開關的電容充電，從而提供旁路開關的合閘能量。其電路實質是旁路開關電容Cc串聯電阻R1后與子模塊電容Csm并聯，而旁路開關電容容值一般為數百微法，子模塊電容Csm一般為數毫法至十幾毫法，因此難以保證旁路開關電容充電至額定值和子模塊電容不過壓兩者兼顧；進一步的，如果子模塊取能電源發生故障，則子模塊控制板也不能工作，無法提供旁路開關合閘命令；在該種情況下如果采用所述常閉點K2串入旁路開關電容與觸點控制線圈回路，則會造成旁路開關電容被短路，無法充電。因此采用該方案，在子模塊取能電源故障時存在子模塊電容過壓損壞和旁路開關無法合閘的風險。

鑒于以上分析，本發明人提出一種功率模塊冗余取能電路及控制方法，本案由此產生。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種功率模塊冗余取能電路及控制方法。本發明用于電壓源型換流器，可以在換流器功率模塊取能板卡發生故障時，提供另外一條取能路徑，并確保功率模塊的旁路開關可靠合閘，減小系統停運的概率，在經濟性和技術性上均有較好表現。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種功率模塊冗余取能電路，所述功率模塊包括至少一個功率半導體器件、第一電容C1、第一旁路開關K1；所述取能電路包括第一穩壓管VD1、第二穩壓管VD2、第二開關K2、第一電阻R1、第二電阻R2、第二電容C2、電源板卡和控制板卡；所述第一穩壓管VD1的陰極與第一電容C1的正極相連，陽極串入第一電阻R1后與第二電容C2的正極相連，第二電容C2的負極與電容C1的負極相連；所述第二穩壓管VD2的陰極與第一電容C1的正極相連，陽極與第二電阻R2相連，第二電阻R2的另一端與第一電容C1的負極相連；所述第一旁路開關K1并聯在功率模塊的x1端子和x2端子之間；所述電源板卡從電容C1上獲取能量，并向控制板卡提供電源以及向第二電容C2充電；所述控制板卡通過觸發第二開關K2來控制第一旁路開關K1的合閘。