本发明专利技术公开了基于晶闸管的模块化多电平变换器及其运行方法,所述多电平变换器由A相、B相、以及C相电路组成,每相电路分别由上桥臂和下桥臂组成,每个桥臂由1到300个串联连接的模块单元和一个桥臂电感组成;每个模块单元包括2个串联的绝缘栅双极型晶体管,第一个绝缘栅双极型晶体管反向并联有一个二极管,第二个绝缘栅双极型晶体管反向并联有一个晶闸管,第一个绝缘栅双极型晶体管的集电极和第二个绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接电容的两端。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及供电保护领域,尤其涉及基于晶闸管的模块化多电平变换器及其运行方法。
技术介绍
现有的模块化多电平变换器不具备断路能力,通常需要配备一个价格高昂的三相交流断路器在交流侧来切断电流、关断电路。比如在故障情况下,虽然故障情况下立即关断了绝缘栅双极型晶体管(关断时间大概1us左右),但是交流断路器还是需要几十甚至上百毫秒的时间才能切断电流、断开电路。因此,还是会有较长时间电流流过二极管,进而影响模块化多电平变换器的性能。已有的电路基本上都有一个反并联的二极管,因此,会提供一个电流流通的路径(二极管),此时的模块化多电平变换器电路没有切断电流的能力。他们均都需要在交流侧加一个三相交流断路器来切断电流、断开电路。而三相交流断路器通常需要几十毫秒甚至上百毫秒才能切断电流、断开电路。而且交流断路器非常昂贵。有的采用了复杂的电路结构,虽然可以切断电流,但是增加了成本和损耗。总结上述现有技术的缺陷:要么不能完全切断电流、断开电路,要么可以完全切断电流、断开电路,但是反应慢,而且成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于晶闸管的模块化多电平变换器及其运行方法,在电路断开时在一个周期内切断电流,断开电路,降低成本。本专利技术的技术方案是基于晶闸管的模块化多电平变换器,所述多电平变换器由A相、B相、以及C相电路组成,每相电路分别由上桥臂和下桥臂组成,每个桥臂由1到300个串联连接的模块单元和一个桥臂电感组成;每个模块单元包括2个串联的绝缘栅双极型晶体管,第一个绝缘栅双极型晶体管反向并联有一个二极管,第二个绝缘栅双极型晶体管反向并联有一个晶闸管,第一个绝缘栅双极型晶体管的集电极和第二个绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接电容的两端。进一步地,每一相电路中,2个桥臂电感同时连接一路交流电路,三路交流电路并联设置,每一路交流电路都包括串联的电阻、电感和机械开关。进一步地,模块化多电平变换器正常运行时,晶闸管中有电流通过;模块化多电平变换器关断时,在小于一个周期的时间内有续流电流流过所述晶闸管,此后,就没有电流流过所述晶闸管。本专利技术的另一个技术方案是基于晶闸管的模块化多电平变换器的运行方法,包括如下步骤:系统初始步骤:模块化多电平变换器上电运行;电路断开判断步骤:如果需要断开电路,则同时关断模块化多电平变换器中所有绝缘栅双极型晶体管和移走所有晶闸管的驱动信号,电路将在不到一个周期的时间内被模块化多电平变换器关断;如果不需要断开电路,则给所有晶闸管驱动信号,此时模块化多电平变换器内的所有绝缘栅双极型晶体管按照要求正常运行;以及模块化多电平变换器隔离判断步骤:如果需要隔离模块化多电平变换器,则打开机械开关来隔离模块化多电平变换器;如果不需要隔离模块化多电平变换器,则回到初始时刻。有益效果:在电路断开时,关断所有绝缘栅双极型晶体管,不给所有晶闸管驱动信号,在一个周期内断开电路,将现有技术中的三相交流断路器换成价格低廉的机械开关,和现有技术相比,不仅真正实现了电路保护,而且大大降低了成本。附图说明图1是三相模块化多电平变换器的电路结构图;图2是图1中模块单元的电路结构图;图3是基于晶闸管的模块化多电平变换器的运行方法流程图;图4是基于晶闸管的模块化多电平变换器的一个实施例的示意图。具体实施方式下面结合附图,对本专利技术的较优的实施例作进一步的详细说明:结合图1和图2,基于晶闸管的模块化多电平变换器,所述多电平变换器由A相、B相、以及C相电路组成,每相电路分别由上桥臂和下桥臂组成,每个桥臂由2个串联连接的模块单元和一个桥臂电感LS组成;每个模块单元包括2个串联的绝缘栅双极型晶体管,第一个绝缘栅双极型晶体管S1反向并联有一个二极管D1,第二个绝缘栅双极型晶体管S2反向并联有一个晶闸管T2,第一个绝缘栅双极型晶体管S1的集电极和第二个绝缘栅双极型晶体管S2的发射极分别连接电容C的两端。本实施例中,绝缘栅双极型晶体管英文简称为IGBT,模块化多电平变换器英文简称为MMC,模块单元英文简称为SM。每一相电路中,2个桥臂电感LS同时连接一路交流电路,三路交流电路并联设置,每一路交流电路都包括串联的电阻Rf、电感Lf和机械开关SW。所述电阻Rf是所述电感Lf的等效电阻。优选地,每个桥臂由10个串联连接的模块单元和一个桥臂电感LS组成。优选地,每个桥臂由100个串联连接的模块单元和一个桥臂电感LS组成。优选地,每个桥臂由200个串联连接的模块单元和一个桥臂电感LS组成。优选地,每个桥臂由300个串联连接的模块单元和一个桥臂电感LS组成。结合图2,具体对比分析模块单元中部件的电流和电压变化。传统模块单元中,第一个绝缘栅双极型晶体管S1需要承受的最大电压是电容电压Uc。但是本专利技术的模块单元中,第一个绝缘栅双极型晶体管S1需要承受的最大电压是他们需要承受的电流是一样的。传统模块单元中,二极管D1需要承受的最大电压是电容电压uc。但是本专利技术的模块单元中,二极管D1需要承受的最大电压是他们需要承受的电流是一样的。传统模块单元与本专利技术的模块单元中S2需要承受的电压和电流是一样的。传统模块单元中,第二个二极管承受的电压与本专利技术的模块单元中晶闸管T2承受的电压是一样的。传统模块单元中,第二个绝缘栅双极型晶体管S2还反向并联了一个晶闸管,正常运行时,该晶闸管是没有驱动信号的(是关断的),此时电流经过与第二个绝缘栅双极型晶体管S2反并联的二极管。本专利技术的模块单元中,正常运行时晶闸管T2是有驱动信号的,此时电流是经过晶闸管T2的。模块化多电平变换器关断时,在小于一个周期的时间内有续流电流流过所述晶闸管,此后,就没有电流流过所述晶闸管。在本专利技术的电路中,直接用能承受大电流的晶闸管T2来代替传统电路中的二极管和晶闸管。结合图2和图4详细介绍工作原理:在正常运行时:所有模块单元中的晶闸管T2都有信号驱动,此时的晶闸管T2功能跟二极管一样。因此,此时的模块单元运行方式跟传统的模块单元运行方式一样。只需要驱动2个串联的绝缘栅双极型晶体管S1和S2就可以。模块化多电平变换器关断时:同时关断模块化多电平变换器里所有的绝缘栅双极型晶体管和移走模块化多电平变换器里所有晶闸管T2的驱动信号。由于晶闸管T2此时没有驱动信号,所以当经过晶闸管T2的交流电流过零时,在不到一个周期的时间内所有晶闸管T2会自动关断(因为他们没有了驱动)。此时,电路就被模块化多电平变换器给断开了。但是,此时的模块化多电平变换器仍然和电网是电本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于晶闸管的模块化多电平变换器,所述多电平变换器由A相、B相、以及C相电路组成,每相电路分别由上桥臂和下桥臂组成,每个桥臂由1到300个串联连接的模块单元和一个桥臂电感组成;其特征在于:每个模块单元包括2个串联的绝缘栅双极型晶体管,第一个绝缘栅双极型晶体管反向并联有一个二极管,第二个绝缘栅双极型晶体管反向并联有一个晶闸管,第一个绝缘栅双极型晶体管的集电极和第二个绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接电容的两端。
【技术特征摘要】
1.基于晶闸管的模块化多电平变换器,所述多电平变换器由A相、B相、以及C相电路组成,每相电路分别由上桥臂和下桥臂组成,每个桥臂由1到300个串联连接的模块单元和一个桥臂电感组成;其特征在于:每个模块单元包括2个串联的绝缘栅双极型晶体管,第一个绝缘栅双极型晶体管反向并联有一个二极管,第二个绝缘栅双极型晶体管反向并联有一个晶闸管,第一个绝缘栅双极型晶体管的集电极和第二个绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接电容的两端。
2.根据权利要求1所述的基于晶闸管的模块化多电平变换器,其特征在于:每一相电路中,2个桥臂电感同时连接一路交流电路,三路交流电路并联设置,每一路交流电路都包括串联的电阻、电感和机械开关。
3.根据权利要求2所述的基于晶闸管的模块化多电平变换器,其特征在于:模块化多电平变换器正常运行时,晶闸管中有电流通过;模...
【专利技术属性】
技术研发人员:邓富金,陈哲,
申请(专利权)人:邓富金,陈哲,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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