一种带休眠igbt的mmc子模块拓扑结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统输配电技术领域，具体地，是一种带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构。
【背景技术】
[0002]西门子公司提出的模块化多电平换流器(MMC)，采用模块化设计，通过调整子模块的串联个数可以实现电压及功率等级的灵活变化，并且可以扩展到任意电平输出，减小了电磁干扰和输出电压的谐波含量，输出电压非常平滑且接近理想正弦波形，因此具有良好的应用前景。
[0003]通常，子模块由两个开关管组成一个逆变半桥的结构，其中上半桥开关管由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)及与之反并联的二极管组成，下半桥开关管由IGBT及与之反并联的二极管组成，另外包括子模块储能电容器。
[0004]在子模块中，IGBT的故障发生率是最高的，IGBT故障时，现有的MMC子模块将不能正常工作。由于现有的子模块欠缺故障排除的能力，故IGBT故障时会造成换流器输出降压或者断电，使得输电系统处于不稳定的状态。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供的带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，可以有效解决上述问题。
[0006]本实用新型提供的带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，在两个开关管组成一个逆变半桥结构的基础上，另增加两个IGBTl和IGBT2，这两个IGBTl和IGBT2在子模块正常工作时处于休眠状态。当子模块内正在投入运行的IGBT3或IGBT4出现故障时，上述的两个IGBTl或IGBT2将在休眠状态中被唤醒，立刻投入运用并切除发生故障的IGBT3或IGBT4。
[0007]所述的带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，具体包括，由两个IGBT组成一个逆变半桥的结构，其中上半桥开关管由IGBT3及与之反并联的二极管Dl组成，下半桥开关管由IGBT4及与之反并联的二极管D2组成，并另在上、下半桥开关管各并联一个IGBT，分别为IGBTl和IGBT2，另外包括子模块储能电容器C ；
[0008]具体地，休眠IGBTl的集电极与IGBT3的集电极、二极管Dl的阴极、子模块储能电容器C是电气连接；休眠IGBTl的发射极与休眠IGBT2的集电极、IGBT3的发射极、二极管Dl的阳极、IGBT4的集电极、二极管D2的阴极是电气连接；休眠IGBT2的发射极和IGBT4的发射极、二极管D2的阳极、子模块储能电容器C是电气连接。
[0009]需要在此说明的是，上半桥开关管中的IGBT3与其并联的IGBTl共用一个二极管；下半桥开关管中的IGBT4与其并联的IGBT2共用一个二极管。
[0010]具体地，上半桥开关管并联的IGBTl为休眠IGBT，在上半桥开关管中IGBT3故障时处于休眠状态，在上半桥开关管已投入的IGBT3出现故障时，休眠IGBTl将被唤醒而投入运行，出现故障的IGBT3将被切除。
[0011 ] 具体地，下半桥开关管并联的IGBT2为休眠IGBT，在上半桥开关管中IGBT4故障时处于休眠状态，在下半桥开关管已投入的IGBT4出现故障时，休眠IGBT2将被唤醒而投入运行，出现故障的IGBT4将被切除。
[0012]需要在此说明的是，处于休眠状态的IGBTl和IGBT2被唤醒是由子模块控制器完成的。
[0013]所述的子模块控制器采集子模块储能电容器电压并且通过光纤传送到主控制器，根据主控制器传送来的指令，决定是否投入子模块，而且对子模块中IGBT3或IGBT4故障时作切除发生故障的IGBT3或IGBT4以及唤醒相应的休眠IGBTl或IGBT2的操作，并发送故障信息至主控制器。
[0014]具体地，子模块在IGBT3或IGBT4出现故障时，及时反馈故障信息到子模块控制器；子模块控制器根据接收到的故障信息唤醒处于休眠状态的IGBTl或IGBT2并切除对应的故障IGBT3或IGBT4。
[0015]本实用新型提供了一种带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，在IGBT故障时，能够让换流器立刻恢复正常工作，避免换流器输出降压或者断电，保证输电系统稳定。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0017]图1是本实用新型的拓扑结构。
[0018]图2是本实用新型的无IGBT故障时子模块运行示意图。
[0019]图3是本实用新型的IGBT3故障后子模块运行示意图。
[0020]图4是本实用新型的IGBT4故障后子t旲块运彳丁不意图。
[0021]图5是本实用新型的IGBT3和IGBT4故障后子模块运行示意图。
[0022]图1、图2、图3、图4、图5中，1、2、3、4表示绝缘栅双极型晶体管(IGBT) ;D1和D2表示二极管；C表示子模块储能电容器。
[0023]图2、图3、图4、图5中，粗线表示电流流过路径，细线表示无电流路径。
【具体实施方式】
[0024]下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型进行进一步的详细描述。
[0025]请参照图1、图2、图3、图4和图5，图1为本实用新型的带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构的原理框图。图2是本实用新型的无IGBT故障时子模块运行示意图。图3是本实用新型的IGBT3故障后子模块运行示意图。图4是本实用新型的IGBT4故障后子模块运行不意图。图5是本实用新型的IGBT3和IGBT4故障后子1?块运彳丁不意图。
[0026]本实用新型实施例提供的带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，在两个开关管组成一个逆变半桥结构的基础上，另增加两个IGBTl和IGBT2，这两个IGBTl和IGBT2在子模块正常工作时处于休眠状态。当子模块内正在投入运行的IGBT3或IGBT4出现故障时，上述的两个IGBTl或IGBT2将在休眠状态中被唤醒，立刻投入运用并切除发生故障的IGBT3或IGBT4。
[0027]所述的带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，具体包括，由两个IGBT3和IGBT4组成一个逆变半桥的结构，其中上半桥开关管由IGBT3及与之反并联的二极管Dl组成，下半桥开关管由IGBT4及与之反并联的二极管D2组成，并另在上、下半桥开关管各并联一个IGBT，分别为IGBTl和IGBT2，另外包括子模块储能电容器C。
[0028]具体地，休眠IGBTl的集电极与IGBT3的集电极、二极管Dl的阴极、子模块储能电容器C是电气连接；休眠IGBTl的发射极与休眠IGBT2的集电极、IGBT3的发射极、二极管Dl的阳极、IGBT4的集电极、二极管D2的阴极是电气连接；休眠IGBT2的发射极和IGBT4的发射极、二极管D2的阳极、子模块储能电容器C是电气连接。
[0029]需要在此说明的是，上半桥开关管中的IGBT3与其并联的IGBTl共用一个二极管Dl ;下半桥开关管中的IGBT4与其并联的IGBT2共用一个二极管D2。
[0030]具体地，上半桥开关管并联的IGBT1，在IGBT3正常工作时处于休眠状态，在IGBT3出现故障时，该IGBTl将被唤醒而投入运行，出现故障的IGBT3将被切除。
[0031]具体地，下半桥开关管并联的IGBT2，在IGBT4正常工作时处于休眠状态，在IGBT4出现故障时，该IGBT2将被唤醒而投入运行，出现故障的IGBT4将被切除。
[0032]需要在此说明的是，处于休眠状态的IGBTl和IGBT2被唤醒是由子模块控制器完成的。
[0033]所述的子模块控制器采集子模块储能电容器电压并且通过光纤传送到主控制器，根据主控制器传送来的指令，决定是否投入子模块，而且对子模块中IGBT3或IGBT4故障时作切除发生故障的IGBT3或IGBT4以及唤醒相应的休眠IGBTl或IGBT2的操作，并发送故障信息至主控制器。
[0034]具体地，子模块在IGBT3或IGBT4出现故障时，及时反馈故障信息到子模块控制器；子模块控制器根据接收到的故障信息唤醒处于休眠状态的IGBTl或IGBT2并切除对应的故障IGBT3或IGBT4。
[0035]本实用新型实施例根据故障投入不同的IGBT可以定义不同的运行状态；
[0036]状态1:图3表示IGBT3故障后的运行状态；
[0037]具体地，IGBT3发生故障，子模块控制器唤醒IGBTl并切除IGBT3。
[0038]状态2:图4表示IGBT4故障后的运行状态；
[0039]具体地，IGBT4发生故障，子模块控制器唤醒IGBT2并切除IGBT4。
[0040]状态3:图5表示IGBT3和IGBT4故障后的运行状态；
[0041]具体地，IGBT3和IGBT4发生故障，子模块控制器唤醒IGBTl和IGBT2并切除IGBT3和 IGBT4。
[0042]需要在此说明的是，本实施例将IGBTl和IGBT2定义成休眠IGBT，还可以将IGBTl和IGBT4定义成休眠IGBTJf IGBT2和IGBT3定义成休眠IGBTjf IGBT3和IGBT4定义成休眠IGBT，具有很强的灵活性。
[0043]本实用新型提供了一种带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，在IGBT故障时，能够让换流器立刻恢复正常工作，避免换流器输出降压或者断电，保证输电系统稳定。
[0044]以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.本实用新型提供了一种带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，其特征在于，由两个IGBT组成一个逆变半桥的结构，其中上半桥开关管由IGBT3及与之反并联的二极管Dl组成，下半桥开关管由IGBT4及与之反并联的二极管D2组成，并另在上、下半桥开关管各并联一个IGBT，分别为IGBTl和IGBT2，另外包括子模块储能电容器C。
2.根据权利要求1所述的带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，其特征在于，休眠IGBTl的集电极与IGBT3的集电极、二极管Dl的阴极、子模块储能电容器C是电气连接；休眠IGBTl的发射极与休眠IGBT2的集电极、IGBT3的发射极、二极管Dl的阳极、IGBT4的集电极、二极管D2的阴极是电气连接；休眠IGBT2的发射极和IGBT4的发射极、二极管D2的阳极、子模块储能电容器C是电气连接。
【专利摘要】本实用新型提供了一种带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，在IGBT故障时，能够让换流器立刻恢复正常工作，避免换流器输出降压或者断电，保证输电系统稳定。所述的带休眠IGBT的MMC子模块拓扑结构，具体包括，由两个IGBT组成一个逆变半桥的结构，其中上半桥开关管由IGBT及与之反并联的二极管组成，下半桥开关管由IGBT及与之反并联的二极管组成；并另在上、下半桥开关管各并联一个IGBT，另外包括子模块储能电容器。
【IPC分类】H02M1-32, H02M7-00
【公开号】CN204597771
【申请号】CN201520248909
【发明人】邢长达, 朱成杰, 梁克靖, 邢鹏飞
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月22日