一种双箝位子单元的拓扑结构及换流器的制作方法

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种双箝位子单元的拓扑结构及换流器。

背景技术：

直流短路故障是mmc-hvdc系统以及柔性变电中常见的一种故障，通过换流器自身控制实现直流短路故障电流的清除是目前使用最广泛的方法。

目前，在工程中主要采用双箝位子模块的结构以实现故障的自清除，其拓扑结构如图1所示，包括五个开关管、两个二极管和两个电容。现阶段，为了适应工程中模块化的需求，上下箝位模块需要在结构和二次供电上独立分开，这种结构影响了上箝位和下箝位子单元的对称性，并且驱动电路在二次供电上也存在矛盾。若上箝位子单元或者下箝位子单元中任一子单元控制失效，则igbt无法保证供电，将破坏整个mmc换流器电流的通路，从而影响整个mmc换流器的正常运行。

技术实现要素：

本发明提供一种双箝位子单元的拓扑结构及换流器，其目的是降低引导开关管的过流风险，当其中一个箝位模块严重故障时，另一个箝位模块可以继续工作，保证系统的稳定运行，上箝位模块和下箝位模块独立分开，为其进行大规模生产应用提供了便利。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种双箝位子单元的拓扑结构，其改进之处在于，所述拓扑结构包括：

上箝位模块、下箝位模块、第一引导开关管、第二引导开关管、旁路开关t1和旁路开关t2；

所述第一引导开关管的发射极和所述第二引导开关管的发射极连接；

所述第一引导开关管的集电极和所述第二引导开关管的集电极连接；

所述第一引导开关管的发射极和所述第二引导开关管的发射极的连接点与上箝位模块连接，并通过旁路开关t1连接公共点a；

所述第一引导开关管的集电极和所述第二引导开关管的集电极的连接点与下箝位模块连接；

所述第一引导开关管的发射极和所述第二引导开关管的发射极的连接点与旁路开关t1的连接点通过旁路开关t2与公共点b连接；

所述上箝位模块与公共点a连接；

所述下箝位模块与公共点b连接。

优选的，所述上箝位模块包括：

第一半桥子模块和二极管d1；

所述二极管d1的阳极、所述第一引导开关管的集电极、所述第二引导开关管的集电极均与下箝位模块中第二半桥子模块中电容c2的正极连接，所述二极管d1的阴极与所述第一半桥子模块中电容c1的正极连接。

优选的，所述下箝位模块包括：

第二半桥子模块和二极管d2；

所述二极管d2的阳极与所述第二半桥子模块中电容c2的负极连接，所述二极管d2的阴极、所述第一引导开关管的发射极、所述第二引导开关管的发射极均与上箝位模块中第一半桥子模块中电容c1的负极连接。

进一步的，所述第一半桥子模块包括：

电容c1、第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管包括igbt1和与所述igbt1反并联的二极管d11；

所述第二开关管包括igbt2和与所述igbt2反并联的二极管d22；

所述igbt1的集电极与电容c1的正极连接，所述igbt1的发射极与公共点a连接；

所述igbt2的集电极与公共点a连接，所述igbt2的发射极与电容c1的负极连接。

进一步的，所述第二半桥子模块还包括：

电容c2、第三开关管和第四开关管；

所述第三开关管包括igbt3和与所述igbt3反并联的二极管d33；

所述第四开关管包括igbt4和与所述igbt4反并联的二极管d44；

所述igbt3的集电极与电容c2的正极连接，所述igbt3的发射极与公共点b连接；

所述igbt4的集电极与公共点b连接，所述igbt4的发射极与电容c2的负极连接。

优选的，所述第一引导开关管包括igbt5和与所述igbt5反并联的二极管d55；所述第二引导开关管包括igbt6和与所述igbt6反并联的二极管d66。

所述拓扑结构的电流流向为：

状态(1)：直流故障电流从公共点a流入时，所述第一引导开关管和第二引导开关管导通，则电流流向为：公共点a→上箝位模块→第一引导开关管→下箝位模块→公共点b和公共点a→上箝位模块→第二引导开关管→下箝位模块→公共点b。

状态(2)：直流故障电流从公共点b流入时，所述第一引导开关管和第二引导开关管导通，则电流流向为：公共点b→下箝位模块→第一引导开关管→上箝位模块→公共点a和公共点b→下箝位模块→第二引导开关管→上箝位模块→公共点a。

状态(3)：直流故障电流从公共点a流入时且上箝位模块故障时，所述第一引导开关管闭锁，所述第二引导开关管和旁路开关t1导通，则电流流向为：公共点a→旁路开关t1→第二引导开关管→下箝位模块→公共点b。

状态(4)：直流故障电流从公共点b流入时且上箝位模块故障时，所述第一引导开关管闭锁，所述第二引导开关管和旁路开关t1导通，则电流流向为：公共点b→下箝位模块→第二引导开关管→旁路开关t1→公共点a。

本发明还提出一种换流器，包括如上任一项所述的双箝位子单元的拓扑结构。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种双箝位子单元的拓扑结构，首先，通过采用两个并联的引导开关管连接两个箝位模块，从而保证发生直流故障且在igbt闭锁保护开启前，并联的引导开关管能够分流故障电流，降低引导开关管过流的风险；其次，上下两个箝位模块可以独立进行二次供电，当其中一个箝位模块遇到严重故障导致二次供电完全失效且无法为引导开关管供能时，另一个箝位模块和另一个引导开关管可以正常工作，保证了电流的通路，使系统能够可靠稳定运行；最后，采用并联的引导开关管结构，可以保证上下两个箝位模块的拓扑结构一致，便于进行模块化制造和组装，为大规模生产和应用提供了便利。

附图说明

图1是传统的双箝位子单元的拓扑结构示意图；

图2是本发明提供的一种双箝位子单元的拓扑结构示意图；

图3是本发明提供的一种双箝位子单元的拓扑结构的简化示意图；

图4是本发明实施例提供的直流故障电流从公共点a流入时的电流流向示意图；

图5是本发明实施例提供的直流故障电流从公共点b流入时的电流流向示意图；

图6是本发明实施例提供的直流故障电流从公共点a流入时且上箝位模块故障时的电流流向示意图；

图7是本发明实施例提供的直流故障电流从公共点b流入时且上箝位模块故障时的电流流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种双箝位子单元的拓扑结构，如图2所示，包括：

上箝位模块、下箝位模块、第一引导开关管、第二引导开关管、旁路开关t1和旁路开关t2；

所述第一引导开关管的发射极和所述第二引导开关管的发射极连接；

所述第一引导开关管的集电极和所述第二引导开关管的集电极连接；

所述第一引导开关管的发射极和所述第二引导开关管的发射极的连接点与上箝位模块连接，并通过旁路开关t1连接公共点a；

所述第一引导开关管的集电极和所述第二引导开关管的集电极的连接点与下箝位模块连接；

所述第一引导开关管的发射极和所述第二引导开关管的发射极的连接点与旁路开关t1的连接点通过旁路开关t2与公共点b连接；

所述上箝位模块与公共点a连接；

所述下箝位模块与公共点b连接。

所述上箝位模块包括：

第一半桥子模块和二极管d1；

所述二极管d1的阳极、所述第一引导开关管的集电极、所述第二引导开关管的集电极均与下箝位模块中第二半桥子模块中电容c2的正极连接，所述二极管d1的阴极与所述第一半桥子模块中电容c1的正极连接。

所述下箝位模块包括：

第二半桥子模块和二极管d2；

所述二极管d2的阳极与所述第二半桥子模块中电容c2的负极连接，所述二极管d2的阴极、所述第一引导开关管的发射极、所述第二引导开关管的发射极均与上箝位模块中第一半桥子模块中电容c1的负极连接。

所述第一半桥子模块包括：

电容c1、第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管包括igbt1和与所述igbt1反并联的二极管d11；

所述第二开关管包括igbt2和与所述igbt2反并联的二极管d22；

所述igbt1的集电极与电容c1的正极连接，所述igbt1的发射极与公共点a连接；

所述igbt2的集电极与公共点a连接，所述igbt2的发射极与电容c1的负极连接。

所述第二半桥子模块还包括：

电容c2、第三开关管和第四开关管；

所述第三开关管包括igbt3和与所述igbt3反并联的二极管d33；

所述第四开关管包括igbt4和与所述igbt4反并联的二极管d44；

所述igbt3的集电极与电容c2的正极连接，所述igbt3的发射极与公共点b连接；

所述igbt4的集电极与公共点b连接，所述igbt4的发射极与电容c2的负极连接。

所述第一引导开关管包括igbt5和与所述igbt5反并联的二极管d55；所述第二引导开关管包括igbt6和与所述igbt6反并联的二极管d66。

例如，所述双箝位子单元的拓扑结构的简化示意图如图3所示。

所述拓扑结构的电流流向为：

状态(1)：如图4所示，当发生直流短路故障且直流故障电流从公共点a流入时，在所有igbt启动闭锁保护之前，第一引导开关管和第二引导开关管中的igbt导通，直流故障电流从上箝位模块经过第一引导开关管和第二引导开关管的支路分流，流入下箝位模块，具体电流流向为：公共点a→上箝位模块→第一引导开关管→下箝位模块→公共点b和公共点a→上箝位模块→第二引导开关管→下箝位模块→公共点b。

状态(2)：如图5所示，当发生直流短路故障且直流故障电流从公共点b流入时，在所有igbt启动闭锁保护之前，第一引导开关管和第二引导开关管中的igbt导通，直流故障电流从下箝位模块经过第一引导开关管和第二引导开关管的支路分流，流入上箝位模块，具体电流流向为：公共点b→下箝位模块→第一引导开关管→上箝位模块→公共点a和公共点b→下箝位模块→第二引导开关管→上箝位模块→公共点a。

状态(3)：如图6所示，当上箝位模块故障导致二次供电完全失效，无法为第一引导开关管的驱动模块供能时，所述第一引导开关管中的igbt闭锁，此时第二引导开关管和旁路开关t1导通，上箝位模块进行旁路状态，直流故障电流从公共点a流入时，具体电流流向为：公共点a→旁路开关t1→第二引导开关管→下箝位模块→公共点b。

状态(4)：如图7所示，当上箝位模块故障导致二次供电完全失效，无法为第一引导开关管的驱动模块供能时，所述第一引导开关管中的igbt闭锁，此时第二引导开关管和旁路开关t1导通，上箝位模块进行旁路状态，直流故障电流从公共点b流入时，具体电流流向为：公共点b→下箝位模块→第二引导开关管→旁路开关t1→公共点a。

基于同一发明构思，本发明还提出一种包含如上双箝位子单元的拓扑结构的换流器。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。