一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构技术方案

本实用新型专利技术公开了一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构，包括电子旁路、机械旁路和物理旁路；电子旁路为功率模块内部主功率器件，功率单元换流阀桥臂电流导向电子旁路；机械旁路和物理旁路均连接在功率模块两个输出节点之间，功率单元换流阀桥臂电流导向机械旁路和物理旁路。解决了现有柔性直流输电换流阀的机械旁路时间长，机械旁路失败后系统跳闸或者系统炸机的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构
本技术属于柔性直流输电
；具体涉及一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构。
技术介绍
目前大多数柔性直流输电换流阀功率单元在故障后，依靠连接在功率单元输出端口的机械旁路开关快速合闸，将故障模块隔离，对机械旁路的合闸时间需求苛刻，特别是随着换流阀容量的提升，大大增加了机械旁路开关的制造难度。在等待机械旁路的动作时大电流灌入系统，电容电压快速上升，容易损坏部件，另外在功率单元机械旁路失效后，大多数系统采用了申请系统跳闸的策略，大大减弱了系统运行的稳定性。
技术实现思路
本技术提供了一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构；解决了现有柔性直流输电换流阀的机械旁路时间长，机械旁路失败后系统跳闸或者系统炸机的风险。本技术的技术方案是：一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构，包括电子旁路、机械旁路和物理旁路；电子旁路为功率模块内部主功率器件，功率单元换流阀桥臂电流导向电子旁路；机械旁路和物理旁路均连接在功率模块两个输出节点之间，功率单元换流阀桥臂电流导向机械旁路和物理旁路。更进一步的，本技术的特点还在于：其中电子旁路连接在换流阀主回路中。其中物理旁路的导通为：通过触发、物理过压或过流击穿将功率单元换流阀桥臂电流导向物理旁路。其中电子旁路为全控性功率器件或不控性功率器件。其中机械旁路为带辅助回报功能的真空接触器。其中物理旁路为晶阀管或IGBT。与现有技术相比，本技术的有益效果是：该结构能够快速隔离故障的功率换流阀单元，当子模块故障时，触发电子旁路，将换流阀功率单元故障后，电子旁路能够快速实现旁路，可以提升旁路时间响应。该装置无需外配电子旁路，并且电子旁路能够快速投入降低了换流阀系统对机械旁路的动作时间需求，大大降低了机械旁路的开发难度，特别是在大功率情况下的缓解了大电流灌入系统带来的电压快速上升带来的元部件损坏。物理旁路是在电子旁路、机械旁路均失败后，投入运行，其功能在双重旁路失败下还能保障功率单元可靠切除，将功率单元换流阀桥臂电流导向旁路；实现换流阀系统的继续运行。解决了现有的机械旁路时间长，机械旁路失败后系统跳闸或者系统炸机的风险，提高了换流阀运行的可靠性和稳定性。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的电压波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术的技术方案进一步说明。本技术提供了一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构，如图1所示，该结构采用功率模块内部的主功率器件S2和S4实现电子旁路，其中S2和S4为全控性功率器件或不控性功率器件；并且采用功率模块输出端口的机械旁路K实现机械旁路，机械旁路为带辅助回报功能的真空接触器；采用功率模块输出端口的物理旁路S实现物理旁路，物理旁路为晶阀管或IGBT等。如图2所示，功率模块电子旁路能够保障功率模块在故障后，迅速退出系统运行，保障故障模块的故障范围不会扩散，不会引起模块电压超调；即利用电子旁路可以快速隔离故障的功率换流阀单元，故障模块不会因为大电流充入对电容充电，造成当前模块电压泵升。电子旁路采用功率模块主回路的电子器件S2和S4，并且其连接在主回路中，在功率换流单元故障时，直接触发图1中S2或S4或者利用自然换流方式将功率模块导通。使得电流依次流过A点、S2、S4和B点；电流反向时依次流过B点、S4、S2和A点，经过电子旁路时，将A点和B点接入桥臂中，实现功率模块的物理旁路。该电子回路利用的功率模块自身主功率器件，不会增加成本。如图2所示，在主回路电子旁路投入后，功率模块电压被抑制，不会上升。柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路协调逻辑，可以降低对机械旁路K合闸速度要求。即利用电子旁路将功率模块隔离出充电回路，对电子旁路投入时间设计一定阈值范围或者利用机械旁路辅助回报触点。为跨界在输出端口的机械旁路提供足够的时间。不会因为机械旁路投入过晚引起功率模块电压过高，扩大损坏面积。使得旁路开关在大电流下能够可靠合闸且不会因为合闸速度过快而造成机械开关在合闸之后弹开，引起旁路失败。同时也避免了因为要提高机械旁路速度而设计只能支持一次合闸的设备。降低了设备的成本。如图2所示，在主回路电子旁路投入，机械回路投入后电压仍然被抑制，不会上升。柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路系统，可以提高旁路的可靠性，提高换流阀运行可靠性。即利用电子旁路S2和\S4、机械旁路K以及物理旁路S的方式对故障模块进行故障隔离。使用中即使电子旁路S2和\S4和机械旁路K都失效，也会有物理旁路SIGBT或者晶闸管利用其过压、过流后呈现短路特性实现可靠旁路。图1中仅绘制了一种方向，当IGBT和晶闸管与图1中反向也可以实现物理旁路。当物理旁路击穿后其呈现短路状态，可以将A点、B点经过物理旁路连接与桥臂中，实现功率模块的旁路。该物理旁路无需配置控制回路，避免了控制回路因故障掉电后无法发出控制命令而使得系统进入不受控状态。使得击穿后的物理旁路可以长期的在系统中运行。有该物理旁路的存在系统不会因为考虑功率模块持续充电无法退出系统，而引起剧烈危害。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构，其特征在于，包括电子旁路、机械旁路和物理旁路；电子旁路为功率模块内部主功率器件，功率单元换流阀桥臂电流导向电子旁路；机械旁路和物理旁路均连接在功率模块两个输出节点之间，功率单元换流阀桥臂电流导向机械旁路和物理旁路。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构，其特征在于，包括电子旁路、机械旁路和物理旁路；电子旁路为功率模块内部主功率器件，功率单元换流阀桥臂电流导向电子旁路；机械旁路和物理旁路均连接在功率模块两个输出节点之间，功率单元换流阀桥臂电流导向机械旁路和物理旁路。2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构，其特征在于，所述电子旁路连接在换流阀主回路中。3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统用换流阀功率模块旁路结构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟锐锋，杨晓平，孙小平，陈荷，王何飞，王小康，李喆，
申请(专利权)人：中国西电电气股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61