和第二直流电容器C1/C2、第一和第二半导体开关S1/S2、第三和第四半导体开关S3/S4、第五半导体开关S5、第一保护可控硅S6、第二保护可控硅S7、第三保护可控硅S8、第一和第二续流二极管D1/D2、第三和第四续流二极管D3/D4、第五和第六续流二极管D5/D6、阻容吸收电路CS/RS、均压电阻RJ、第一和第二充电二极管D9/D10、第一和第二电流电阻 RL1/RL2J1/S2/S3/S4/S5/S6 分别与 D1/D2/D3/D4/D5/D6 形成反并联连接。S1的发射极和S2的集电极相连接作为变流模块电路的正极端，S3的发射极和S4集电极相连接作为变流模块电路的负极端;C1的正极端与S1的集电极相连接，C1的负极端与S2的发射极、S5的发射极以及S6的阴极相连接;C2的正极端与S3的集电极、S5的集电极以及S6的阳极相连接;C2的负极端与S4的发射极相连接；电容CS和电阻RS串联后再并联在S5的集电极和发射极;均压电阻RJ并联在S5的集电极和发射极。D9的阳极连接到RL1的一端，RL1的另一端连接到S5的集电极，D9阴极连接到S1的集电极;D10的阴极连接到S5的发射极，D10的阳极连接到RL2的一端，RL2的另一端连接到S4的发射极，S7的阴极与S2的集电极相连接，S7的阳极与S2的发射极相连接，S8的阴极与S3的集电极相连接，S8的阳极与S3的发射极相连接。
[0011 ]本发明的带直流故障清除的模块化多电平变流模块电路，在上电充电初期，S5、
56、S7、S8都不导通。当直流电容C1、C2电压建立到使模块控制电路工作后，S5、S6被施加门极导通信号，通过S5/S6和D5/D6使Cl、C2继续充电过程直到充电结束。当装置正常工作时，
57、S8闭锁脉冲，而一直对第五半导体开关S5和保护可控娃S6施加门极导通驱动信号，使S5和S6—直处于导通状态，由于S6和D6导通压降分别比S5和D5小，因此正常运行电流轮换流过S6和D6。当检测出变流器直流侧短路故障时，变流模块装置的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第五半导体开关S5以及第一保护可控硅S6立即闭锁驱动脉冲，而保护可控硅S7、S8则被施加驱动脉冲，其中S5会立即在无电流状态下关断，而S6在经过最多半个交流电流周期后因为电流断流而自然关断。S7、S8为续流二极管D2、D3分担短路电流。由于S6、S7、S8是可控硅器件，可以承受半个交流电流周期的短路电流。从而有效保护变流模块电路的半导体开关和续流二极管。D9、D10、RL1、RL2在变流模块启动过程中提供整流充电回路，使得C1、C2能得到均衡充电。CS/RS及RJ使得S6在断开后能和其他串联的模块内的S6保持均压。S5/D5在某些情况下也可以省略不用，RL1、RL2在有外部充电限流电阻时可以不用。
[0012]本发明电路中的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第五半导体开关S5，可以使用任何可关断半导体开关。
[0013]本发明电路在实现实际物理装置时，可以分拆成两个功率模块来实现，即将S1/Dl、S2/D2、Cl、S6/D6、RL1/D9、CS/RS及RJ放在一个功率模块结构件内，而其他部分放在另一个功率模块结构件内，两个功率模块之间通过两个电气连接点连接到一起。
[0014]本发明电路的核心是利用保护可控硅S6在直流侧短路后每经过半周期的短路电流后都会有一个断流时间从而会自然断开的特点实现直流短路电流的清除，并利用S7、S8为D2、D3分担短路电流。任何基于本发明电路所作的等效变换电路，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种带直流故障清除的模块化多电平变流模块电路，其特征在于该模块化多电平变流模块电路包括第一直流电容器C1、第二直流电容器C2、第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4、第五半导体开关S5、第一保护可控硅S6、第二保护可控硅S7、第三保护可控硅S8、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、阻容吸收电路CS/RS、均压电阻RJ、第一充电二极管D9、第二充电二极管D10、第一限流电阻RL1及第二限流电阻RL2; 所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4和第五半导体开关S5的集电极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4和第五续流二极管D5的阴极相连接，所述的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3、第四半导体开关S4和第五半导体开关S5的发射极分别与所述的第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4和第五续流二极管D5的阳极相连接;所述的第一保护可控硅S6的阳极与所述的第六续流二极管D6的阴极相连接;所述的第一保护可控硅S6的阴极与所述的第六续流二极管D6的阳极相连接，所述的第一半导体开关S1的发射极与第二半导体开关S2的集电极相连接后作为带直流故障清除的模块化多电平变流模块电路的正极端，所述的第三半导体开关S3的发射极与所述的第四半导体开关S4的集电极相连接后作为带直流故障清除的模块化多电平变流模块电路的负极端;所述的第一直流电容器C1的正极端与所述的第一半导体开关S1的集电极相连接，第一直流电容器C1的负极端同时与第二半导体开关S2的发射极、第五半导体开关S5的发射极以及第一保护可控硅S6的阴极相连接;所述的第二直流电容器C2的正极端与第三半导体开关S3的集电极、第五半导体开关S5的集电极以及第一保护可控硅S6的阳极相连接，第二直流电容器C2的负极端与第四半导体开关S4的发射极相连接;所述的阻容吸收电路CS/RS和所述的均压电阻RJ分别并联于第五半导体开关S5的集电极和发射极，所述的第一充电二极管D9的阳极连接到第一限流电阻RL1的一端，第一限流电阻RL1的另一端连接到第五半导体开关S5的集电极，第一充电二极管D9的阴极连接到第一半导体开关S1的集电极;所述的第二充电二极管D10的阴极连接到所述的第五半导体开关S5的发射极，第二充电二极管D10的阳极连接到第二限流电阻RL2的一端，所述的第二限流电阻RL2的另一端连接到所述的第四半导体开关S4的发射极;所述的第二保护可控硅S7的阴极与所述的第二半导体开关S2的集电极相连接，第二保护可控硅S7的阳极与第二半导体开关S2的发射极相连接;所述的第三保护可控硅S8的阴极与所述的第三半导体开关S3的集电极相连接，第三保护可控硅S8的阳极与第三半导体开关S3的发射极相连接。
【专利摘要】本发明涉及带直流故障清除的模块化多电平变流模块电路，属于电气自动化设备领域。包括第一、第二直流电容器，第一、第二、第三、第四、第五半导体开关，第一、第二、第三保护可控硅，第一、第二、第三、第四、第五和第六续流二极管，阻容吸收电路，均压电阻，第一和第二充电二极管，以及第一和第二限流电阻。本发明的带直流故障清除的模块化多电平变流模块电路，可以使用成本较低的可控硅器件来实现直流短路电流的清除，降低变流器整体成本并降低运行损耗。基于本发明的带直流故障清除的模块化多电平变流模块电路可以应用于柔性直流输电(VSC-HVDC)、静止同步补偿器(STATCOM)，等等。
【IPC分类】H02M3/07, H02M1/34
【公开号】CN105490525
【申请号】CN201511017506
【发明人】刘文华, 刘志超, 刘树
【申请人】北京四方继保自动化股份有限公司, 刘文华
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月29日