功率模块和换流器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种功率模块和换流器，功率模块中第一全控型器件与第二全控型器件串接，第二全控型器件与第三全控型器件反向串接；第一二极管与第一全控型器件反向并联，第二二极管与第二全控型器件反向并联，第三二极管与第三全控型器件反向并联，第一全控型器件、第二全控型器件和第三全控型器件串接后与电容并联；应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁功率模块，而且各功率模块中的电容的电压和高于其所连接的交流电压，功率模块中的电流路径就不会有电流流过，实现换流器直流侧故障的自清除。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力电子
，特别是涉及功率模块和换流器。
技术介绍
随着电力电子技术的不断发展，高电压、大容量已成为电力电子技术的重要发展方向，高电压、大容量的电力电子换流器已经众多场合中有着重要应用，如：轻型高压直流输电(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)、静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)、有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)、高压变频器等，并正获得越来越多的关注。高电压、大容量的电力电子换流器的有着多种拓扑结构，包括基于阀组串联的两电平结构、二极管箝位结构、飞跨电容结构、组合换流器结构、H桥级联结构、模块化结构(Modular Multilevel Converter,MMC)等等。其中，H桥级联结构、MMC结构因具有模块化设计、便于扩容、交流输出侧出口电压谐波含量少无需交流滤波器等优点，在电网有较为成功应用。现有的MMC结构均采用半H桥、H桥或CDSM(Clamp Doulbe Sub-modular，箝位双子模块)(如图1所示)作为功率单元模块，通过模块的输出端口串接级联达到高电压、大容量的目的。其中SMn表示第n个功率单元模块，Udc表示MMC换流器直流侧电压。现有采用半H板桥结构的MMC结构不具备直流自清除能力，在直流侧故障时需在闭锁所有模块后，跳交流断路器才能将故障清除，流程复杂，事件较长。采用CDSM结构的MMC换流器具备直流故障自清除能力，但采用的功率单元中元器件较多，连接及控制比较复杂。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有的模块化换流器或不具备直流故障自清楚能力，
或具备直流故障清除功能但结构复杂的问题，提供一种功率模块和换流器。一种功率模块，包括第一全控型器件、第二全控型器件、第三全控型器件、第一二极管、第二二极管、第三二极管和电容；第一全控型器件与第二全控型器件串接，第二全控型器件与第三全控型器件反向串接；第一二极管与第一全控型器件反向并联，第二二极管与第二全控型器件反向并联，第三二极管与第三全控型器件反向并联，第一全控型器件、第二全控型器件和第三全控型器件串接后与电容并联。一种换流器，包括第一组三条换流桥臂、第二组三条换流桥臂、第一组桥臂电抗器、第二组桥臂电抗器、三个充电电阻、一组三相隔离开关和一个断路器，第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的换流桥臂的条数均为三，第一组桥臂电抗器和第二组桥臂电抗器中的桥臂电抗器的数目均为三；第一组换流桥臂中的三条换流桥臂的正极端均连接于第一连接点，第二组换流桥臂中的三条换流桥臂的负极端均连接于第二连接点；第一组换流桥臂中的三条换流桥臂的负极端与第一组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的一端一一对应连接，第二组换流桥臂中的三条换流桥臂的正极端与第二组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的一端一一对应连接，第一组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的另一端与第二组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的另一端一一对应连接；第一组三个桥臂电抗器的另一端与第二组三个桥臂电抗器的另一端一一对应连接的三个连接点与三相隔离开关的三相一一对应连接，三相隔离开关的三相与三个充电电阻一一对应并联；断路器连接在第一连接点和第二连接点之间；第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的任意一条换流桥臂均包括串接的若干个上述功率模块，前一个功率模块中第一全控型器件与第二全控型器件的连接点与后一个功率模块中第三全控型器件与电容的连接点连接，串接后首部的功率模块中第三全控型器件与电容的连接点作为换流桥臂的正极端，尾部的功率模块中第一全控型器件与第二全控型器件的连接点作为换流桥臂的负极端。根据上述本技术的方案，功率模块中第一全控型器件与第二全控型器
件串接，第二全控型器件与第三全控型器件反向串接；第一二极管与第一全控型器件反向并联，第二二极管与第二全控型器件反向并联，第三二极管与第三全控型器件反向并联，第一全控型器件、第二全控型器件和第三全控型器件串接后的整体与电容并联；在具体实现过程中，正常工作时，通过控制信号控制三个全控型器件关断，输出需要的电平，故障时闭锁功率模块，功率模块只具备对电容充电的电流通路；应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁所有功率模块，故障电流可能的通路路径中各功率模块中的电容电压和高于换流器所连接的交流电压，故障电流可能的通路路径中的电流路径就不会有电流流过，实现换流器直流侧故障的自清除，而且相比于CDSM结构的MMC换流器，本技术的换流器的功率模块的结构更加简单，元器件较少，内部连接及控制更加简单，降低了成本。附图说明图1为传统技术中的功率模块和换流器的结构示意图；图2为其中一个实施例的功率模块的结构示意图；图3为其中一个实施例的功率模块的一种具体结构示意图；图4为其中一个实施例的功率模块的另一种具体结构示意图；图5为其中一个实施例的换流器的结构示意图；图6-a为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态一的一种电流路径示意图；图6-b为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态一的另一种电流路径示意图；图7-a为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态二的一种电流路径示意图；图7-b为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态二的另一种电流路径示意图；图8为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态三的一种电流路径示意图；图9-a为其中一个实施例的换流器的一种充电电流路径示意图；图9-b为其中一个实施例的换流器的另一种充电电流路径示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本技术，并不限定本技术的保护范围。参见图2所示，为一个实施例的功率模块的结构示意图。该实施例中的功率模块，包括第一全控型器件110、第二全控型器件120、第三全控型器件130、第一二极管140、第二二极管150、第三二极管160和电容170；第一全控型器件110与第二全控型器件120串接，第二全控型器件120与第三全控型器件130反向串接；第一二极管140与第一全控型器件110反向并联，第二二极管150与第二全控型器件120反向并联，第三二极管160与第三全控型器件130反向并联，第一全控型器件110、第二全控型器件120和第三全控型器件130串接后与电容170并联。在本实施例中，功率模块中第一全控型器件110与第二全控型器件120串接，第二全控型器件120与第三全控型器件130反向串接；第一二极管140与第一全控型器件110反向并联，第二二极管150与第二全控型器件120反向并联，第三二极管160与第三全控型器件130反向并联，第一全控型器件110、第二全控型器件120和第三全控型器件130串接后与电容170并联。在具体实现过程中，正常工作时，通过控制信号控制三个全控型器件关断，输出需要的电平，故障时闭锁功率模块，功率模块只具备对电容充电的电流通路；应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁所有功率模块，故障电流可能的通路路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块，其特征在于，包括第一全控型器件、第二全控型器件、第三全控型器件、第一二极管、第二二极管、第三二极管和电容；所述第一全控型器件与所述第二全控型器件串接，所述第二全控型器件与所述第三全控型器件反向串接；所述第一二极管与所述第一全控型器件反向并联，所述第二二极管与所述第二全控型器件反向并联，所述第三二极管与所述第三全控型器件反向并联，所述第一全控型器件、所述第二全控型器件和所述第三全控型器件串接后与所述电容并联。

【技术特征摘要】
1.一种功率模块，其特征在于，包括第一全控型器件、第二全控型器件、第三全控型器件、第一二极管、第二二极管、第三二极管和电容；所述第一全控型器件与所述第二全控型器件串接，所述第二全控型器件与所述第三全控型器件反向串接；所述第一二极管与所述第一全控型器件反向并联，所述第二二极管与所述第二全控型器件反向并联，所述第三二极管与所述第三全控型器件反向并联，所述第一全控型器件、所述第二全控型器件和所述第三全控型器件串接后与所述电容并联。2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件、所述第二全控型器件和所述第三全控型器件的类型和参数均相同。3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管的类型和参数均相同。4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件与所述第二全控型器件正向串接。5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二全控型器件为第二绝缘栅双极型晶体管，所述第三全控型器件为第三绝缘栅双极型晶体管；所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；所述第一二极管的正极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第一二极管的负极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述第二二极管的正极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第二二极管的负极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述第三二极管的正极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第三二极管的负极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述电容的正极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述电容的负极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件与
\t所述第二全控型器件反向串接。7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二全控型器件为第二绝缘栅双极型晶体管，所述第三全控型器件为第三绝缘栅双极型晶体管；所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继权，周敏，伦振坚，贾红舟，鲁丽娟，彭冠炎，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44