三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法，在三电平IGCT变流器主电路的箝位回路中设置母排，箝位回路通过主电路的中间开关器件和箝位二极管。通过母排增加箝位回路的短路阻抗减少流过箝位回路的短路电流，实现主电路开关器件在全开保护下的短路电流均等。母排包括设置在主电路任意两相中性点之间的母排一。通过开设线槽、减小截面积的方式增大母排一的电阻。并通过开设彼此交错的线槽，构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构间产生互感，大部分抵消因电阻增大而增加的杂散电感。本发明专利技术能克服现有三电平IGCT变流器在全开保护下器件承受电流不均的缺陷，解决影响该保护方式下器件安全的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法
本专利技术涉及电力电子
，尤其是涉及一种应用于三电平IGCT变流器在全开保护下的器件均流结构及方法。
技术介绍
中高压多电平大功率变流器具有高可靠性、高功率等级、高功率密度、空间体积尽量小、结构紧凑等要求，因此被广泛应用在诸多民用、工业和能源领域。其中，三电平中点箝位(NeutralPointClamping，NPC)集成门极换流晶闸管(IntergratedGateCommutedThyristor，IGCT)变流器因电气拓扑相对简洁、易于谐波控制、器件只承受一半的中间直流电压，在冶金、石油钻井、矿井提升机、船舶推进等产业不断推广应用。但与采用电压型开关器件IGBT变流系统，器件故障后为断路不同，IGCT器件关断失效后器件短路，若故障保护未能及时触发，将进一步引起桥臂直通，从而导致二次故障。故障出现后，可采用封锁脉冲关闭所有器件，或采用开通变流器所有器件即全开保护方式。但IGCT变流系统采用全关保护方式存在一定的安全隐患，如：大电流冲击电抗器、IGCT、FRD(快速恢复二极管)器件易造成损坏，电容承受全桥电压击穿等。而在此基础上改进的快熔保护方式、撬棒保护方式等均增加了电路的复杂程度、故障因素及变流器成本，并且不易实现。而采用全开保护方式，即系统中某个器件故障后，将整流、逆变中的所有器件全部开通，与此同时，发出控制命令使快速断路器在一定时间内断开，由此增加整流、支撑电容、逆变的放电回路，将能量分配到各个支路，就不会存在未短路半桥电容承受全桥电压的情况，能够有效避免后续故障。可见，IGCT变流系统采用全开保护方式具有较大的优势，其有效实现将有利于系统的故障保护。如附图1所示，为现有技术中的一种三电平中点箝位IGCT变流器中任意两相(图中为A、B两相)的主电路拓扑结构。其中，V1、V2、V3和V4为IGCT开关器件，D1、D2、D3和D4为续流二极管，D5和D6为箝位二极管，A和B分别为A、B两相的接线端，DC+和DC-为中间直流端，NP为中性点。其中，V1、V2被称为上半桥IGCT器件，V3、V4被称为下半桥IGCT器件，同时V2、V3又被称为中间开关器件。在DC+与NP之间，以及NP与DC-之间还连接有中间支撑电容，图中未示出。三电平IGCT变流器在出现桥臂直通故障后，可以采用封锁脉冲关闭所有IGCT器件，也可以采用开通所有IGCT器件即全开保护方式增加放电回路。实践表明，在故障时开通所有器件后，整流侧、支撑电容短路回路中各个支路器件承受不同的电流冲击，这种差异可能导致某个器件承受过多的能量造成损坏。而在这种情况下，若要保证器件安全，需在系统设计时对器件提出更高的要求，这不但增加了成本，而且不利于全开保护的实现。三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受的电流不均，将直接影响该保护方式下的器件安全。同时，现有技术中的母排结构通常如附图2所示。在现有技术中，主要有以下一些文献与本专利技术申请相关：现有技术1为2002年12月11日公开，公开号为CN1384593A的中国专利技术专利申请《6KV三电平集成门极换相晶闸管逆变器的桥臂直通保护系统》。该专利技术专利申请采用短路信号发生电路和短路信号接收电路，短路信号在分断断路器的同时,将所有开关器件维持在故障时刻的状态，中间支撑电容的放电电流由导通的器件承受的方案实现逆变器桥臂直通保护。现有技术2为2010年10月27日公开，公开号为CN201616662U的中国技术专利《IGCT电压源型三电平中压变频器的桥臂直通保护器》。该技术专利同样介绍了一种桥臂直通的电路实现，增加了电抗器、晶闸管，压敏电阻及二极管等器件实现变频器桥臂直通保护。现有技术3为2010年12月22日公开，公开号为CN101924353A的中国专利技术专利申请《一种高压IGCT过电流保护模块及短路电流保护方法》。该专利技术专利申请采用高频过电压检测电路对高频过电压进行检测，如果高频过电压超过阀值，驱动光驱动模块向外部IGCT器件输出全开通信号，同时向外部断路器输出分断电信号。现有技术4为2014年10月29日公开，公开号为CN104124674A的中国专利技术专利申请《一种基于IGCT半导体开关器件的短路电流限制方法》。该专利技术专利申请短路电流限制方法基于IGCT器件，并且增加了ZnO、电容等器件。现有技术5为2014年8月13日公开，公开号为CN203775064U的中国技术专利《带短路保护的模块化多电平变流模块装置》。该技术专利采用旁路开关的实现方式，在发生桥臂短路故障后通过导通旁路来实现变流模块的短路保护。从以上分析可以看出，上述现有技术1～5都没有提出克服三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受电流不均这一技术缺陷的方案，以解决影响该保护方式下器件安全性不一致的技术问题。同时，现有技术1～5都需要在变流器的主电路中增加检测电路和/或保护部件，这不但不会导致电路结构复杂、成本提高、可靠性降低，而且还会因为变流器主电路结构的改变影响变流器正常工作时的特性。
技术实现思路
有鉴于上述背景，本专利技术的目的在于提供一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法，克服现有三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受电流不均的技术缺陷，从而解决影响该保护方式下器件安全性不一致的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构的技术实现方案，一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，所述三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通过所述三电平IGCT变流器主电路的中间开关器件和箝位二极管。所述器件均流结构包括：在所述箝位回路中设置的母排，通过所述母排增加所述箝位回路的短路阻抗以减少流过所述箝位回路的短路电流，实现所述三电平IGCT变流器主电路中的开关器件在全开保护下的短路电流均等。优选的，所述母排包括设置在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中性点之间的母排一。优选的，所述母排还包括设置在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中间开关器件与箝位二极管之间的母排二。优选的，通过所述母排二将所述三电平IGCT变流器主电路中的包括开关器件的支路、包括续流二极管的支路，以及包括箝位二极管的支路连接在一起。优选的，在所述母排一中开设有线槽，通过增加流过所述母排一的电流路径长度增大所述母排一的电阻。优选的，在所述母排一中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将所述母排一分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过母排结构时相邻路径间产生互感，从而抵消由于所述母排一的电流路径长度增大而增加的杂散电感。优选的，通过减小所述母排一的横截面积增大所述母排一的电阻。优选的，在所述母排一中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将所述母排一分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过母排结构时相邻路径间产生互感，从而抵消由于所述母排一的电流路径长度增大，以及横截面积减小而增加的杂散电感。优选的，所述线槽包括自所述母排一端部的一侧沿所述母排一宽度方向开设至靠近该端部另一侧的线槽一，以及自所述线槽一沿所述母排一长度方向开设至所述母排一另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通过所述三电平IGCT变流器主电路的中间开关器件和箝位二极管；所述器件均流结构包括在所述箝位回路中设置的母排，通过所述母排增加所述箝位回路的短路阻抗以减少流过所述箝位回路的短路电流，实现所述三电平IGCT变流器主电路中的开关器件在全开保护下的短路电流均等。

【技术特征摘要】
1.一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述三电平IGCT变流器全开保护下的短路回路包括箝位回路，所述箝位回路通过所述三电平IGCT变流器主电路的中间开关器件和箝位二极管；所述器件均流结构包括在所述箝位回路中设置的母排，通过所述母排增加所述箝位回路的短路阻抗以减少流过所述箝位回路的短路电流，实现所述三电平IGCT变流器主电路中的开关器件在全开保护下的短路电流均等。2.根据权利要求1所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述母排包括设置在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中性点之间的母排一(1)。3.根据权利要求2所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述母排还包括设置在所述三电平IGCT变流器主电路任意两相中间开关器件与箝位二极管之间的母排二(2)。4.根据权利要求3所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：通过所述母排二(2)将所述三电平IGCT变流器主电路中的包括开关器件(V1、V2、V3、V4)的支路、包括续流二极管(D1、D2、D3、D4)的支路，以及包括箝位二极管(D5、D6)的支路连接在一起。5.根据权利要求2、3或4中任一项所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：在所述母排一(1)中开设有线槽，通过增加流过所述母排一(1)的电流路径长度增大所述母排一(1)的电阻。6.根据权利要求5所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：在所述母排一(1)中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构间产生互感，从而抵消由于所述母排一(1)的电流路径长度增大而增加的杂散电感。7.根据权利要求5所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：通过减小所述母排一(1)的横截面积增大所述母排一(1)的电阻。8.根据权利要求7所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：在所述母排一(1)中沿电流方向开设有彼此交错的线槽，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，以构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构间产生互感，从而抵消由于所述母排一(1)的电流路径长度增大，以及横截面积减小而增加的杂散电感。9.根据权利要求2、3、4、6、7或8中任一项所述的三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构，其特征在于：所述线槽包括自所述母排一(1)端部的一侧沿所述母排一(1)宽度方向开设至靠近该端部另一侧的线槽一(11)，以及自所述线槽一(11)沿所述母排一(1)长度方向开设至所述母排一(1)另一端部的一条以上的线槽二(12)，所述线槽一(11)连通所述线槽二(12)；所述母排一(1)开设有两个所述线槽，两个线槽沿所述母排一(1)长度方向相对交错布置且不相接触，将所述母排一(1)分割为往复折返式的母排结构，通过两个线槽在所述母排一(1)两端的接点(13)之间形成唯一的往复折返式电流路径，在增加所述母...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹扬举，马振宇，黄杨，刘建平，朱武，孙保涛，刘少奇，周伟军，罗凌波，胡惇，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43