保护设备、保护控制方法及模块化多电平变流器技术

本发明专利技术实施例公开了一种保护设备、保护控制方法及模块化多电平变流器，该设备包括：多个保护装置和控制器；每个保护装置包括：N个电容器、N个直流短路控制单元和N+1个快速熔断器；快速熔断器连接于直流母线和直流汇流母线之间；控制器分别与每个保护装置中的直流短路控制单元相连，用于控制直流短路控制单元导通，以保护未发生功率半导体器件短路故障的多电平变流器模块。快速熔断器没有串联在电路中，仅通过非常小的功率平衡电流，并不通过工作电流，无需对快速熔断器进行冷却设计；并且能够防止故障扩大化，保证未发生故障的变流器正常运行；还能够减少安全隐患的发生，提高了安全性。

【技术实现步骤摘要】
保护设备、保护控制方法及模块化多电平变流器
本专利技术涉及电路电子
，尤其涉及一种保护设备、保护控制方法及模块化多电平变流器。
技术介绍
变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。为了解决变流器并网大电流问题，变流器一般采用并联方式来满足变流器的大电流要求。变流器并联方式主要为：变流器的直流母线并联在一起，交流输出端也并联在一起，采用同步脉冲控制方式对各个变流器控制。当并联的变流器中的一台变流器发生短路故障时，需要快速去除发生故障的变流器，防止故障扩大化，影响其他变流器的运行。为了保护变流器，通常采用在并联支路的直流侧增加快速熔断器，将快速熔断器串联在电路中并工作。图1为现有技术中变流器带直流快速熔断器的拓扑示意图。其中，图1中S1至S6为功率半导体器件，1和2为快速熔断器，DC+为正直流母线，DC-为负直流母线。当发生变流器的短路故障时，直流侧的短路电流的热量累积熔断快速熔断器1和2，同时保证正常工作时，快速熔断器的热量累积不发生误动作。采用上述的方式，快速熔断器1和2始终串联在电路中并工作，快速熔断器持续通过电流并产生损耗，在工作环境温度较高时，需要额外对快速熔断器进行冷却设计，并且快速熔断器选型较困难。另外，当变流器中的一个功率半导体器件S1发生短路故障时，并不会造成直流侧的短路，进而不能熔断快速熔断器，保护效果较差。此时需要将故障扩大化，击穿与S1串联的功率半导体器件S2，使串联的两个功率半导体器件同时短路，才可以保证快速熔断器熔断。将故障扩大化，会产生安全隐患，容易发生安全事故。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种保护设备及其保护控制方法。一方面，本专利技术实施例提供了一种保护设备，用于模块化多电平变流器，保护设备包括：多个保护装置和控制器；每个保护装置包括：N个电容器、N个直流短路控制单元和N+1个快速熔断器，N为不小于1的正整数；N个电容器串联于正直流母线和负直流母线之间；N个电容器中的每一个电容器分别与N个直流短路控制单元中的一个直流短路控制单元并联；正直流母线通过N+1个快速熔断器中的第一个快速熔断器与正直流汇流母线相连；负直流母线通过N+1个快速熔断器中的第N+1个快速熔断器与负直流汇流母线相连；第i个电容器和第i+1个电容器串联的节点通过N+1个快速熔断器中的第i+1个快速熔断器与第i个直流汇流母线相连，1≤i≤N-1；控制器分别与每个保护装置中的直流短路控制单元相连，用于控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的直流短路控制单元导通，以保护未发生功率半导体器件短路故障的多电平变流器模块。在本专利技术的一个实施例中，直流短路控制单元，包括：可控晶闸管；与直流短路控制单元并联的电容器的正极与可控晶闸管的阳极相连；与直流短路控制单元并联的电容器的负极与可控晶闸管的阴极相连；可控晶闸管的控制极与控制器相连。在本专利技术的一个实施例中，直流短路控制单元，包括：可控晶闸管和电抗器；可控晶闸管和电抗器串联；可控晶闸管的控制极与控制器相连。在本专利技术的一个实施例中，控制器包括：检测模块，用于确定多电平变流器模块中的功率半导体器件发生短路故障；控制模块，用于控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的直流短路控制单元导通。在本专利技术的一个实施例中，控制模块，具体用于：分析发生短路故障的功率半导体器件所处的位置，控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中、与位置对应的直流短路控制单元导通。在本专利技术的一个实施例中，检测模块，还用于：检测与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的快速熔断器的熔断状态；控制模块，还用于：若快速熔断器处于已熔断状态，则控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的接触器断开。。另一方面，本专利技术实施例提供了一种保护控制方法，应用于本专利技术实施例提供的保护设备。方法包括：控制器确定多电平变流器模块中的功率半导体器件发生短路故障；控制器控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的直流短路控制单元导通，以保护未发生功率半导体器件短路故障的多电平变流器模块。在本专利技术的一个实施例中，控制器控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的直流短路控制单元导通，包括：控制器分析发生短路故障的功率半导体器件所处的位置，控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中、与位置对应的直流短路控制单元导通。在本专利技术的一个实施例中，方法还包括：控制器检测与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的快速熔断器的熔断状态；若检测到快速熔断器处于已熔断状态，则控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的接触器断开。再一方面，本专利技术实施例提供一种模块化多电平变流器，包括本专利技术实施例提供的保护设备。本专利技术实施例的保护设备、保护控制方法及模块化多电平变流器，快速熔断器没有串联在电路中，仅通过非常小的功率平衡电流，并不通过工作电流，无需对快速熔断器进行冷却设计；并且能够防止故障扩大化，保证未发生故障的变流器正常运行。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了现有技术中变流器带直流快速熔断器的拓扑示意图；图2示出了本专利技术实施例提供的保护设备的结构示意图；图3示出了基于本专利技术实施例提供的保护设备的模块化三电平风电变流器的拓扑示意图；图4示出了本专利技术实施例提供的多电平变流器模块的一种拓扑示意图；图5示出了保护模块化多电平变流器的过程示意图；图6示出了本专利技术实施例提供的保护控制方法的流程示意图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本专利技术，并不被配置为限定本专利技术。对于本领域技术人员来说，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术更好的理解。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利技术实施例提供了一种保护设备，用于模块化多电平变流器，该保护设备包括：多个保护装置和控制器；每个保护装置包括：N个电容器、N个直流短路控制单元和N+1个快速熔断器，N为不小于1的正整数；N个电容器串联于正直流母线和负直流母线之间；N个电容器中的每一个电容器分别与N个直流短路控制单元中的一个直流短路控制单元并联；正直流母线通过N+1个快速熔断器中的第一个快速熔断器与正直流汇流母线相连；负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种保护设备，用于模块化多电平变流器，其特征在于，所述保护设备包括：多个保护装置和控制器；每个所述保护装置包括：N个电容器、N个直流短路控制单元和N+1个快速熔断器，N为不小于1的正整数；所述N个电容器串联于正直流母线和负直流母线之间；所述N个电容器中的每一个电容器分别与所述N个直流短路控制单元中的一个直流短路控制单元并联；所述正直流母线通过所述N+1个快速熔断器中的第一个快速熔断器与正直流汇流母线相连；所述负直流母线通过所述N+1个快速熔断器中的第N+1个快速熔断器与负直流汇流母线相连；第i个电容器和第i+1个电容器串联的节点通过所述N+1个快速熔断器中的第i+1个快速熔断器与第i个直流汇流母线相连，1≤i≤N‑1；所述控制器分别与每个保护装置中的直流短路控制单元相连，用于控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的直流短路控制单元导通，以保护未发生功率半导体器件短路故障的多电平变流器模块。

【技术特征摘要】
1.一种保护设备，用于模块化多电平变流器，其特征在于，所述保护设备包括：多个保护装置和控制器；每个所述保护装置包括：N个电容器、N个直流短路控制单元和N+1个快速熔断器，N为不小于1的正整数；所述N个电容器串联于正直流母线和负直流母线之间；所述N个电容器中的每一个电容器分别与所述N个直流短路控制单元中的一个直流短路控制单元并联；所述正直流母线通过所述N+1个快速熔断器中的第一个快速熔断器与正直流汇流母线相连；所述负直流母线通过所述N+1个快速熔断器中的第N+1个快速熔断器与负直流汇流母线相连；第i个电容器和第i+1个电容器串联的节点通过所述N+1个快速熔断器中的第i+1个快速熔断器与第i个直流汇流母线相连，1≤i≤N-1；所述控制器分别与每个保护装置中的直流短路控制单元相连，用于控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的直流短路控制单元导通，以保护未发生功率半导体器件短路故障的多电平变流器模块。2.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，所述直流短路控制单元，包括：可控晶闸管；与所述直流短路控制单元并联的电容器的正极与所述可控晶闸管的阳极相连；与所述直流短路控制单元并联的电容器的负极与所述可控晶闸管的阴极相连；所述可控晶闸管的控制极与所述控制器相连。3.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，所述直流短路控制单元，包括：可控晶闸管和电抗器；所述可控晶闸管和所述电抗器串联；所述可控晶闸管的控制极与所述控制器相连。4.根据权利要求1至3任一项所述的保护设备，其特征在于，所述控制器包括：检测模块，用于确定多电平变流器模块中的功率半导体器件发生短路故障；控制模块，用于控制与发生短路故...

【专利技术属性】
技术研发人员：符松格，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11