换流器拓扑的子模块单元12如图2所示，包括第一级联电路100、第二级 联电路200、储能器7和均压电阻8。与储能器并联连接的第一级联电路100,为6个可关断功 率半导体1'1、了2、了3、了4、了5和了6及与之反并联的续流二极管01、02、03、04、05和06组成的^ 相桥式电路，每个半导体单元可通过控制信号触发导通和关断，第一级联电路具有与Ξ相 交流电路接线的第一接线端子、第四接线端子和第五接线端子，通过对第一级联电路100采 用脉宽调制可W在储能电容产生稳定的直流电压;所述均压电阻并联于储能器两端，用W 实现换流器多个串联子模块的均压;与储能器并联的第二级联电路200,包含烙断器9、半导 体单元10、机械开关11、直流接线引出第一接线端子和第二接线端子，所述半导体单元10与 烙断器9串联后连接于储能器7两端。半导体单元10是二极管，二极管的阳极与储能器7的负 极端子C-相连;二级管的阴极与烙断器的一端相连，烙断器的另一端与储能器的C+相连。半 导体单元10用于限制烙断器9两端的电位差。分别在子模块半导体单元10两端引出直流电 路第一接线端子和第二接线端子，第一接线端子连接到半导体单元10的阴极，第二接线端 子连接到半导体单元10的阳极，第一接线端子和第二接线端子之间并联机械开关，机械开 关可W-个或多个真空开关管，机械开关在换流器运行时处于分闽状态，当子模块故障时， 可W通过控制电路使机械开关合闽，将第一接线端子和第二接线端子短路，从而将故障模 块退出运行。机械开关可w设计为具有合闽保持功能，保护合闽后即使在失电情况下开关 能维持合闽。
[0033] 在Ξ相桥输出端构造一个由烙断器、半导体器件和机械开关构成的电路，机械开 关可W将第一接线端子和第二接线端子短接，机械开关11合闽后烙断器9流过较大放电电 流，快速烙断，将故障模块隔离。故障子模块退出运行后，通过控制可W使其它子模块的电 压提高从而使直流母线电压维持不变，换流器具有冗余运行能力。
[0034] 实施例2
[0035] 图3给出本模块化的变流器拓扑另一种实例。子模块包括第一级联电路100、第二 级联电路200、储能器7和均压电阻8。与储能器并联连接的第一级联电路100,为6个可关断 功率半导体1'1、了2、了3、了4、1'5、了6及与之反并联的续流二极管01、02、03、04、05、06组成的^ 相桥式电路，每个半导体可通过控制信号触发导通和关断，第一级联电路具有与Ξ相交流 电路接线的第一接线端子、第四接线端子和第五接线端子，通过对第一级联电路100采用脉 宽调制可W在储能电容产生稳定的直流电压;所述均压电阻并联于储能器两端，用W实现 换流器多个串联子模块的均压;与储能器并联的第二级联电路200,由烙断器9、半导体单元 10、机械开关11、直流接线引出第一接线端子和第二接线端子，所述半导体单元10与烙断器 9串联后连接于储能器7两端。换流器子模块的半导体单元10是二极管，二极管的阴极与储 能器7的正极端子C+相连;二级管的阳极与烙断器的一端相连，烙断器的另一端与储能器的 负极性C-相连。分别在子模块导体单元10两端引出直流电路第一接线端子和第二接线端 子，第一接线端子连接到半导体单元10的阴极，第二接线端子连接到半导体单元10的阳极。 第一接线端子和第二接线端子之间并联机械开关，机械开关可W-个或多个真空开关管。
[0036] 按照本实用新型的子模块的换流器的优点可W总结如下:换流器采用模块化子模 块串连实现高压交流直流变换和能量传输，换流器的子模块可W在故障情况下控制机械开 关合闽，实现故障模块的旁路。采用烙断器作为子模块冗余运行过程中储能器的放电回路 的保护元件，可W有效地隔离故障模块，限制储能器的放电，烙断器运行损耗低，可W采用 自然冷却方式，另外无需附加驱动电路，具有成本低等优点。本实用新型电路简洁，能够方 便地对换流器单元进行电气接线。换流器通过配置一定数量的冗余模块，可W实现冗余运 行，从而提高了串连换流器的可靠性。
[0037] 换流器的直流输出电压
其中Udc为换流器的直流输电压，Udc功每个 串联模块单元的直流输出电压。
[0038] 当其中一个子模块冗余退出运行后，
通过控制使其他子模块的电 压山。1提高从而使直流母线电压维持不变。
[0039] W上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能W此限定本实用新型的保护范 围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实 用新型保护范围之内。
【主权项】
1. 模块化的变流器拓扑，包括至少两个串联的换流器子模块，所述换流器子模块具有 至少一个储能器(7)和均压电阻(8)，所述均压电阻(8)并联于储能器(7)两端； 所述换流器子模块还包括与储能器(7)并联连接的第一级联电路（100)，所述第一级联 电路(100)为6个功率半导体单元组成的三相桥式电路，所述功率半导体单元可通过控制信 号触发导通和关断，第一级联电路(100)具有交流第三接线端子、第四接线端子和第五接线 端子； 其特征在于，所述换流器子模块还包括与储能器并联的第二级联电路(200)，所述第二 级联电路(200)由熔断器(9)、半导体单元(10)和机械开关组成;所述第二级联电路(200)通 过第一接线端子和第二接线端子引出；所述机械开关并联于第一接线端子和第二接线端子 两端，可以通过合闸控制将第一接线端子和第二接线端子短路。2. 根据上述权利要求1所述模块化的变流器拓扑，其特征在于:每个换流器子模块通过 交流第三接线端子、第四接线端子和第五接线端子与三相交流电路连接;第一接线端子和 第二接线端子用于与直流电路连接。3. 根据上述权利要求1所述模块化的变流器拓扑，其特征在于:半导体单元（10)是二极 管，二极管的阳极与储能器(7)的负极端子C-相连，二级管的阴极与熔断器的一端相连，熔 断器的另一端与储能器的C+相连。4. 根据上述权利要求1所述模块化的变流器拓扑，其特征在于:半导体单元（10)是二极 管，二极管的阴极与储能器(7)的正极端子C+相连;二级管的阳极与熔断器的一端相连，熔 断器的另一端与储能器的负极性C-相连。5. 根据上述权利要求1所述模块化的变流器拓扑，其特征在于:储能器是电容器。6. 根据上述权利要求1所述模块化的变流器拓扑，其特征在于:机械开关是一个或多个 真空开关管。7. -种包括权利1所述的模块化的变流器拓扑的换流器系统，其特征在于:还包括三相 交流滤波器F和多绕组变压器T，换流器子模块的第一接线端子、第四接线端子和第五接线 端子分别连接到三相交流滤波器F后再分别连接到多绕组变压器T的二次侧绕组，多绕组变 压器T的一次侧绕组与电网相连，换流器子模块的第一接线端子和第二接线端子依次级联 延伸，首端的子模块第一接线端子连接到直流电路的正极端P，末端的子模块第二接线端子 连接到直流电路的负极端N。
【专利摘要】本实用新型公开了一种模块化的变流器拓扑及换流器系统，换流器子模块还包括与储能器并联连接的第一级联电路，所述第一级联电路为6个功率半导体单元组成的三相桥式电路，所述功率半导体单元可通过控制信号触发导通和关断，第一级联电路具有交流接线端子L1、L2和L3；换流器子模块还包括与储能器并联的第二级联电路，所述第二级联电路由熔断器、半导体单元和机械开关组成；所述第二级联电路通过接线端子X1和接线端子X2引出；所述机械开关并联于接线端子X1和线端子X2两端，可以通过合闸控制将X1接线端子和X2接线端子短路。本实用新型的换流器子模块，可以实现换流器的冗余运行，提高换流器运行的可靠性。
【IPC分类】H02M7/40
【公开号】CN205123611
【申请号】CN201520775263
【发明人】黄晓明, 陆翌, 裘鹏, 华文, 王松, 杨勇, 姜田贵, 谢晔源, 连建阳, 刘洪德
【申请人】国网浙江省电力公司电力科学研究院, 南京南瑞继保工程技术有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年10月8日