一种模块化多电平换流器的半桥式子模块的制作方法

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的半桥式子模块。

背景技术：

模块化多电平技术(modularmultilevelconverter，mmc)是柔性直流输电工程的主流技术路线，具有模块化程度高、扩展性好、开关频率低、损耗低、输出波形平滑和品质高等优点。该技术的出现推动了柔性直流输电技术的发展，并由于其优异的特点，并逐步从高压大容量柔性直流输电领域扩展到直流配电网、牵引供电系统等领域。

目前，国内外学者对模块化多电平技术的子模块拓扑研究主要集中在全桥式子模块和半桥式子模块。由于半桥式子模块采用的全控型可关断器件少，成本低，因此目前的基于模块化多电平技术的柔性直流输电工程主要采用半桥式子模块。

为提高子模块的可靠性，并防止运行中旁路开关拒动，通常需要在子模块中旁路开关并联晶闸管，用于子模块的旁路，例如公告号为cn102130609b、名称为《一种基于半桥电路的vsc基本功能单元的绝缘配合方法》的中国专利中提到的半桥式子模块，如图1所示，此类型的各子模块中通常有两个全控型可关断器件s1、s2，和半控型可关断器件(晶闸管t)，这些大功率器件占整个子模块的成本很高，严重限制了模块化多电平技术的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种模块化多电平换流器的半桥式子模块，用于解决现有技术的半桥子模块成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种模块化多电平换流器的半桥式子模块，包括第一全控型可关断器件、第二全控型可关断器件和电容，第一全控型可关断器件、第二全控型可关断器件和电容依次连接形成回路，其中，第一全控型可关断器件内置有反并联的第一二极管，第二全控型可关断器件无内置反并联的二极管，第二全控型可关断器件外置有反并联的第二二极管，且第二二极管的最大承受功率大于设定值，第二二极管的两端并联有旁路开关，第二全控型可关断器件的两端引出半桥式子模块的正极和负极。

本发明的半桥式子模块拓扑结构与传统半桥式子模块拓扑结构相比，无半控型可关断器件(如晶闸管)，而采用大功率二极管，控制简单灵活。且该半桥式子模块的拓扑结构能够较大幅度地降低子模块中igbt成本和研制难度，推动模块化多电平技术的应用和发展。

为提升子模块的通流能力和耐压能力，其所有器件可以有一个或多个串联、并联及混联构成。具体的，所述第一全控型可关断器件的类型为igbt、iegt和igct中的一种，或为igbt、iegt和igct的串联、并联或混联的组合，或为igbt、iegt和igct中两种的串联或并联组合。

进一步，第二全控型可关断器件的类型为igbt、iegt和igct中的一种，或为igbt、iegt和igct的串联、并联或混联的组合，或为igbt、iegt和igct中两种的串联或并联组合。

进一步，所述电容至少为两个，当电容为两个时，各电容之间采用串联或并联连接；当电容为三个及以上时，各电容之间采用串联、并联或混联连接。

进一步，所述第二二极管至少为两个，当第二二极管为两个时，各第二二极管之间采用串联或并联连接；当第二二极管为三个及以上时，各第二二极管之间采用串联、并联或混联连接。

进一步，所述旁路开关至少为两个，当述旁路开关为两个时，各旁路开关之间采用串联或并联连接；当述旁路开关为三个及以上时，各旁路开关之间采用串联、并联或混联连接。

附图说明

图1是现有技术中的半桥式子模块拓扑结构示意图；

图2是本发明的半桥式子模块拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图2所示的半桥式子模块，包括第一全控型可关断器件t1、第二全控型可关断器件t2和电容c，第一全控型可关断器件t1、第二全控型可关断器件t2和电容c依次连接形成回路，其中，第一全控型可关断器件t1反并联有二极管d1，第二全控型可关断器件t2无内置反并联的二极管，但外置有反并联的二极管d2，且二极管d2的最大承受功率大于设定值，二极管d2的两端并联有旁路开关k，二极管d2的两端引出半桥式子模块的正极和负极。

为提升子模块的通流能力和耐压能力，上述器件可以有一个或多个串联、并联及混联构成。具体的，上述全控型可关断器件的类型为igbt、iegt和igct中的一种，或为igbt、iegt和igct中的两种以上的串联、并联或混联的组合。在本实施例中，上述全控型可关断器件优选为igbt，可采用压接式，也可采用焊接式，而不局限于某一种。

作为其他实施方式，电容至少为两个，各电容之间采用串联、并联或混联连接；二极管d2至少为两个，各第二二极管之间采用串联、并联或混联连接；旁路开关k至少为两个，各旁路开关之间采用串联、并联或混联连接。

本发明的半桥式子模块拓扑结构中的旁路开关为可选项，可根据实际情况选用；该拓扑结构可以应用于高压大容量柔性直流输电、柔直配电网、基于模块化多电平的牵引供电系统等领域，为提升通流能力和耐压能力，其所有器件可以有一个或多个串联、并联及混联构成。

与图2中的传统半桥式子模块拓扑结构相比，新型拓扑结构与传统拓扑结构的下管(t2)不包含反并联二极管，降低了全控型可关断器件(如igbt)的成本和研制难度，推动模块化多电平技术的应用和发展。

与传统半桥式子模块拓扑结构相比，本发明的半桥式子模块拓扑结构无半控型可关断器件(如晶闸管)，而采用大功率二极管，控制简单灵活，具有十分明显的经济效益。本发明的半桥式子模块拓扑结构因下管(t2)无内置反并联的二极管，采用外置二极管替代晶闸管，使得子模块的成本降低10％以上。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种模块化多电平换流器的半桥式子模块，包括第一全控型可关断器件、第二全控型可关断器件和电容，第一全控型可关断器件、第二全控型可关断器件和电容依次连接形成回路，第一全控型可关断器件反并联有第一二极管，第二全控型可关断器件无内置二极管，外置有反并联的第二二极管，且第二二极管的最大承受功率大于设定值，第二二极管的两端并联有旁路开关，第二全控型可关断器件的两端引出半桥式子模块的正极和负极。本发明的半桥式子模块拓扑结构与传统半桥式子模块拓扑结构相比，无半控型可关断器件，而采用大功率二极管，控制简单灵活。且该半桥式子模块的拓扑结构能够较大幅度地降低子模块中IGBT成本和研制难度。

技术研发人员：胡四全;范彩云;韩坤;王帅卿;张志刚;姚钊;宣佳卓
受保护的技术使用者：许继集团有限公司;许继电气股份有限公司;国网浙江省电力有限公司;国家电网有限公司
技术研发日：2018.07.25
技术公布日：2018.12.18