用于三电平转换器的开关分支及其控制方法技术

公开了用于三电平转换器的开关分支及其控制方法。一种用于将三电平转换器的开关分支控制成停止状态的方法以及开关分支，该开关分支包括：第一半导体开关（S1）和第二半导体开关（S2）；第一二极管（D1）和第二二极管（D2）；第三半导体开关（S3）和第四半导体开关（S4）；第三二极管（D3）和第四二极管（D4）；第五半导体开关（S5）和第六半导体开关（S6）；第五二极管（D5）和第六二极管（D6）；以及用于控制这些半导体开关的装置（10），其中，在要将该开关分支设置成停止状态时，在该开关分支的主电路中流动的电流以受控方式被传送至在转换器的主电路的所有半导体开关被关断时传导电流的二极管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于将三电平转换器的开关分支控制成停止状态的方法以及一种用于三电平转换器的开关分支。
技术介绍
三电平转换器是具有三个直流（DC）极的转换器。除了DC正极和DC负极外，三电平转换器还具有DC中性极。T.Brückner,S.Bernet and H.Güldner,\The Active NPC Converter and Its Loss-Balancing Control\,IEEE transactions on industrial electronics,Vol.52,No.3,June2005中给出了三电平中性点箝位转换器的示例。具体地，给出了有源三电平中性点箝位（ANPC）转换器的示例。图1示出了三电平转换器的开关分支的主电路的示例。该开关分支包括六个二极管D1至D6和六个可控半导体开关S1至S6。包括一个或更多个如图1一样的开关分支的转换器可以用作整流器或逆变器。然后，根据所使用的调制方案来控制开关S1至S6。当三电平转换器被设置成停止状态时，其中转换器的主电路的所有半导体开关被关断并且在电路中流动的可能的剩余电流流过二极管D1和D2或D3和D4直到变成零为止，这尤其应当在故障情形的情况下来安全地执行。US7508640公开了一种用于转换器电路中的故障处理的方法，在该方法中，首先检测故障电流路径，然后基于该信息来执行适当的故障开关序列。在所公开的方法中，观察每个半导体开关的开关状态，然后确定故障情形。关于以上解决方案的可能的问题是需要以相特定的方式来执行故障的检测和确定。因此，转换器的每个相需要检测故障以便执行适当的故障开关序列。这又会造成对故障的响应的延迟并可能会造成对转换器装备的损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法以及用于实现该方法的设备，以使得解决或至少减轻以上问题。本专利技术的目的通过特征在于独立权利要求所陈述的内容的方法、计算机程序产品、用于三电平转换器的开关分支以及转换器来实现。从属权利要求中描述了本专利技术的优选实施例。本专利技术基于以下思想：在要将用于三电平转换器的开关分支设置成停止状态时，在开关分支的主电路中流动的电流以受控方式被传送至当转换器的主电路的所有可控半导体开关被关断时传导剩余电流的二极管。本发明还基于以下思想：基于开关分支的交流极连接或上次连接至直流正极还是直流负极来确定所使用的开关序列。本专利技术的解决方案提供了以下优点：能够在无需不必要的延迟和无需例如以相特定方式执行任何故障或故障类型检测的情况下将用于三电平转换器的开关分支和整个转换器设置成停止状态。另外，本专利技术的解决方案能够用在出于任何原因而要停止转换器的故障情形和正常情形二者中。在本专利技术的解决方案中，转换器的每个相中的电流通过DC中性极电势被换流至最终的二极管中，从而由不同的主电路配置所造成的可能的漏电感不会引起功率半导体上的高电压峰值。附图说明现在将结合优选实施例并参照附图来更加详细地描述本专利技术，在附图中：图1示出了根据实施例的三电平转换器的开关分支的电路图；图2示出了根据实施例的三电平转换器的开关分支的电路图；图3示出了半导体模块结构的示例；图4示出了根据实施例的三相三电平转换器的主电路的电路图；图5示出了根据实施例的开关序列；图6示出了根据实施例的开关序列；图7示出了根据实施例的开关序列；图8示出了根据实施例的开关序列；图9示出了根据实施例的开关序列；以及图10示出了根据实施例的开关序列。具体实施方式本专利技术的应用不限于任何特定的系统，而是可以应用于各种电气系统。另外，本专利技术的使用不限于利用特定基频的任何系统或任何特定电压电平。图2示出了根据实施例的三电平转换器的开关分支的电路图。应当注意，该图仅示出了理解本专利技术所必需的元件。该开关分支可以例如是多相转换器（诸如三相转换器）的一个开关分支或者是单相转换器的开关分支。这样的转换器可以用作整流器和/或逆变器。图2的开关分支包括交流极AC、直流正极Udc+、直流负极Udc-和直流中性极NP。此外，该开关分支包括串联连接在开关分支的直流正极Udc+与交流极AC之间的第一可控半导体开关S1和第二可控半导体开关S2，其中第一可控半导体开关S1连接至直流正极Udc+。第一二极管D1与第一可控半导体开关S1并联连接，以及第二二极管D2与第二可控半导体开关S2并联连接。此外，该开关分支包括串联连接在开关分支的直流负极Udc-与交流极AC之间的第三可控半导体开关S3和第四可控半导体开关S4，其中第四可控半导体开关S4连接至直流负极Udc-。第三二极管D3与第三可控半导体开关S3并联连接，以及第四二极管D4与第四可控半导体开关S4并联连接。此外，该开关分支包括第五可控半导体开关S5和第六可控半导体开关S6，该第五可控半导体开关S5连接在第一可控半导体开关S1和第二可控半导体开关S2之间的连接点与直流中性极NP之间，该第六可控半导体开关S6连接在第三可控半导体开关S3和第四可控半导体开关S4之间的连接点与直流中性极NP之间。第五二极管D5与第五可控半导体开关S5并联连接，以及第六二极管D6与第六可控半导体开关S6并联连接。可控半导体开关S1至S6可以是IGBT（绝缘栅双极晶体管）或FET（场效应晶体管）或任何相应的可控半导体开关。图2还示出了能够通过其来控制开关S1至S6的控制布置10。半导体开关S1至S6的控制可以涉及一个或更多个另外的控制部件（未示出）。根据实施例，第一半导体开关S1、第一二极管D1、第五半导体开关S5和第五二极管D5可以存在于第一开关分支特定半导体模块11中，以及第四半导体开关S4、第四二极管D4、第六半导体开关S6和第六二极管D6可以存在于第二开关分支特定半导体模块12中。在该上下文中，术语“半导体模块”一般指包括布置在公共基底上并以适当方式彼此电连接的若干个半导体元件的模块。而且，如图2所示，第二半导体开关S2、第二二极管D2、第三半导体开关S3和第三二极管D3可以存在于第三开关分支特定半导体模块13中。图3示出了半导体模块结构的示例，借助于该半导体模块结构可实现图2的可能的第一开关分支特定半导体模块11、可能的第二开关分支特定半导体模块12和可能的第三开关分支特定半导体模块13。图3的逆变器分支模块包括串联连接的两个半导体开关，其中，每个半导体开关均以图中所示的方式与二极管并联连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将三电平转换器的开关分支控制成停止状态的方法，所述开关分支包括：第一可控半导体开关（S1；S11、S12、S13）和第二可控半导体开关（S2；S21、S22、S23），所述第一可控半导体开关和所述第二可控半导体开关串联连接在所述开关分支的直流正极（Udc+）与交流极（AC；AC1、AC2、AC3）之间，其中所述第一可控半导体开关连接至所述直流正极；与所述第一可控半导体开关并联连接的第一二极管（D1；D11、D12、D13）以及与所述第二可控半导体开关并联连接的第二二极管（D2；D21、D22、D23）；第三可控半导体开关（S3；S31、S32、S33）和第四可控半导体开关（S4；S41、S42、S43），所述第三可控半导体开关和所述第四可控半导体开关串联连接在所述开关分支的直流负极（Udc‑）与所述交流极（AC；AC1、AC2、AC3）之间，其中所述第四可控半导体开关连接至所述直流负极；与所述第三可控半导体开关并联连接的第三二极管（D3；D31、D32、D33）以及与所述第四可控半导体开关并联连接的第四二极管（D4；D41、D42、D43）；第五可控半导体开关（S5；S51、S52、S53），所述第五可控半导体开关连接在所述第一可控半导体开关和所述第二可控半导体开关之间的连接点与直流中性极（NP）之间；第六可控半导体开关（S6；S61、S62、S63），所述第六可控半导体开关连接在所述第三可控半导体开关和所述第四可控半导体开关之间的连接点与所述直流中性极（NP）之间；与所述第五可控半导体开关并联连接的第五二极管（D5；D51、D52、D53）以及与所述第六可控半导体开关并联连接的第六二极管（D6；D61、D62、D63），其中所述方法包括：确定所述可控半导体开关的状态，其特征在于，所述方法还包括：a）在所述第一可控半导体开关和所述第二可控半导体开关为接通并且所述第六可控半导体开关为关断的情况下，基本上同时地控制所述第一可控半导体开关关断并且控制所述第六可控半导体开关接通；在第一预定延迟之后控制所述第二可控半导体开关关断；以及在第二预定延迟之后控制所述第六可控半导体开关关断，b）在所述第一可控半导体开关、所述第二可控半导体开关和所述第六可控半导体开关为接通的情况下，控制所述第一可控半导体开关关断；在所述第一预定延迟之后控制所述第二可控半导体开关关断；以及在所述第二预定延迟之后控制所述第六可控半导体开关关断，c）在所述第二可控半导体开关和所述第五可控半导体开关为接通的情况下，基本上同时地控制所述第五可控半导体开关关断并且控制所述第六可控半导体开关接通；在所述第一预定延迟之后控制所述第二可控半导体开关关断；以及在所述第二预定延迟之后控制所述第六可控半导体开关关断，d）在所述第三可控半导体开关和所述第四可控半导体开关为接通并且所述第五可控半导体开关为关断的情况下，基本上同时地控制所述第四可控半导体开关关断并且控制所述第五可控半导体开关接通；在所述第一预定延迟之后控制所述第三可控半导体开关关断；以及在所述第二预定延迟之后控制所述第五可控半导体开关关断，e）在所述第三可控半导体开关、所述第四可控半导体开关和所述第五可控半导体开关为接通的情况下，控制所述第四可控半导体开关关断；在所述第一预定延迟之后控制所述第三可控半导体开关关断；以及在所述第二预定延迟之后控制所述第五可控半导体开关关断，或者f）在所述第三可控半导体开关和所述第六可控半导体开关为接通的情况下，基本上同时地控制所述第五可控半导体开关接通并且控制所述第六可控半导体开关关断；在所述第一预定延迟之后控制所述第三可控半导体开关关断；以及在所述第二预定延迟之后控制所述第五可控半导体开关关断。...

【技术特征摘要】
2013.03.14 EP 13159177.81.一种用于将三电平转换器的开关分支控制成停止状态的方法，所
述开关分支包括：
第一可控半导体开关（S1；S11、S12、S13）和第二可控半导体开
关（S2；S21、S22、S23），所述第一可控半导体开关和所述第二可控半
导体开关串联连接在所述开关分支的直流正极（Udc+）与交流极（AC；
AC1、AC2、AC3）之间，其中所述第一可控半导体开关连接至所述直流
正极；
与所述第一可控半导体开关并联连接的第一二极管（D1；D11、D12、
D13）以及与所述第二可控半导体开关并联连接的第二二极管（D2；D21、
D22、D23）；
第三可控半导体开关（S3；S31、S32、S33）和第四可控半导体开关
（S4；S41、S42、S43），所述第三可控半导体开关和所述第四可控半导
体开关串联连接在所述开关分支的直流负极（Udc-）与所述交流极（AC；
AC1、AC2、AC3）之间，其中所述第四可控半导体开关连接至所述直流
负极；
与所述第三可控半导体开关并联连接的第三二极管（D3；D31、D32、
D33）以及与所述第四可控半导体开关并联连接的第四二极管（D4；D41、
D42、D43）；
第五可控半导体开关（S5；S51、S52、S53），所述第五可控半导体
开关连接在所述第一可控半导体开关和所述第二可控半导体开关之间的
连接点与直流中性极（NP）之间；
第六可控半导体开关（S6；S61、S62、S63），所述第六可控半导体
开关连接在所述第三可控半导体开关和所述第四可控半导体开关之间的
连接点与所述直流中性极（NP）之间；
与所述第五可控半导体开关并联连接的第五二极管（D5；D51、D52、
D53）以及与所述第六可控半导体开关并联连接的第六二极管（D6；D61、
D62、D63），其中所述方法包括：
确定所述可控半导体开关的状态，其特征在于，所述方法还包括：
a）在所述第一可控半导体开关和所述第二可控半导体开关为接通并
且所述第六可控半导体开关为关断的情况下，
基本上同时地控制所述第一可控半导体开关关断并且控制所述第六
可控半导体开关接通；
在第一预定延迟之后控制所述第二可控半导体开关关断；以及
在第二预定延迟之后控制所述第六可控半导体开关关断，
b）在所述第一可控半导体开关、所述第二可控半导体开关和所述第
六可控半导体开关为接通的情况下，
控制所述第一可控半导体开关关断；
在所述第一预定延迟之后控制所述第二可控半导体开关关断；以及
在所述第二预定延迟之后控制所述第六可控半导体开关关断，
c）在所述第二可控半导体开关和所述第五可控半导体开关为接通的
情况下，
基本上同时地控制所述第五可控半导体开关关断并且控制所述第六
可控半导体开关接通；
在所述第一预定延迟之后控制所述第二可控半导体开关关断；以及
在所述第二预定延迟之后控制所述第六可控半导体开关关断，
d）在所述第三可控半导体开关和所述第四可控半导体开关为接通并
且所述第五可控半导体开关为关断的情况下，
基本上同时地控制所述第四可控半导体开关关断并且控制所述第五
可控半导体开关接通；
在所述第一预定延迟之后控制所述第三可控半导体开关关断；以及
在所述第二预定延迟之后控制所述第五可控半导体开关关断，
e）在所述第三可控半导体开关、所述第四可控半导体开关和所述第
五可控半导体开关为接通的情况下，
控制所述第四可控半导体开关关断；
在所述第一预定延迟之后控制所述第三可控半导体开关关断；以及
在所述第二预定延迟之后控制所述第五可控半导体开关关断，
或者
f）在所述第三可控半导体开关和所述第六可控半导体开关为接通的

\t情况下，
基本上同时地控制所述第五可控半导体开关接通并且控制所述第六
可控半导体开关关断；
在所述第一预定延迟之后控制所述第三可控半导体开关关断；以及
在所述第二预定延迟之后控制所述第五可控半导体开关关断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于停止命令或检
测到故障情形而将所述开关分支控制成停止状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障情形是在所
述开关分支中、在所述转换器中或在与所述转换器连接的装置中的故障情
形。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述第一预定
延迟小于10μs并且所述第二预定延迟小于10μs。
5.一种用于三电平转换器的开关分支，所述开关分支包括：
第一可控半导体开关（S1；S11、S12、S13）和第二可控半导体开
关（S2；S21、S22、S23），所述第一可控半导体开关和所述第二可控半
导体开关串联连接在所述开关分支的直流正极（Udc+）与交流极（AC；
AC1、AC2、AC3）之间，其中所述第一可控半导体开关连接至所述直流
正极；
与所述第一可控半导体开关并联连接的第一二极管（D1；D11、D12、
D13）以及与所述第二可控半导体开关并联连接的第二二极管（D2；D21、
D22、D23）；
第三可控半导体开关（S3；S31、S32、S33）和第四可控半导体开关
（S4；S41、S42、S43），所述第三可控半导体开关和所述第四可控半导
体开关串联连接在所述开关分支的直流负极（Udc-）与所述交流极（AC；
AC1、AC2、AC3）之间，其中所述第四可控半导体开关连接至所述直流
负极；
与所述第三可控半导体开关并联连接的第三二极管（D3；D31、D32、
D33）以及与所述第四可控半导体开关并联连接的第四二极管（D4；D41、
D42、D43）；
第五可控半导体开...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰勒·维塔宁，米科·萨里南，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI