转换器装置以及其短路保护方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种转换器装置(1)，包括：具有双极子模块(14)的第一串联电路的第一相模块支路(8)，其分别包括至少一个能量存储器和至少一个功率半导体开关单元，其中，第一相模块支路在第一交流电压接头(2)与第一直流电压极(51)之间延伸；具有双极子模块的第二串联电路的第二相模块支路(9)，其在第一交流电压接头与第二直流电压极(61)之间延伸；具有双极子模块的第三串联电路的第三相模块支路(10)，其在第二交流电压接头与第一直流电压极之间延伸；以及具有双极子模块的第四串联电路的第四相模块支路(11)，其在第二交流电压接头与第二直流电压极之间延伸，其中，每个子模块能够借助与其连接端子并联布置的桥接单元(33)与电流方向无关地桥接，并且其中，第一直流电压极(51)与第一直流电压接头(5)连接，并且第二直流电压极(61)与第二直流电压接头(6)连接。本发明专利技术的特征在于：直流电压开关(16)，其布置在直流电压极中的一个与相应的相关的直流电压接头之间；和续流路径(22)，其在两个直流电压接头之间延伸并且包括具有截止和导通方向的半导体元件。本发明专利技术还涉及一种用于对转换器装置(1)进行短路保护的方法。

Converter device and its short circuit protection method

The present invention relates to a converter device (1), including: (14) the first bipolar module module first series circuit branch (8), which includes at least one energy storage and at least one power semiconductor switch unit, wherein, the first module in the first branch AC terminal (2) with the first DC voltage pole (51) extending between the second branch; module with bipolar module second series circuit (9), the first joint and the second DC voltage AC voltage pole (61) extending between the third phase; module branch with bipolar modules third series circuit (10). The second AC voltage DC voltage between the connector and the first extension; and fourth with bipolar module fourth series circuit module (11), the branch in second joint and second AC voltage direct current voltage between the pole extension Among them, each module can help with the connection terminals arranged in parallel bridging unit (33) and the direction of the current independent bridge, and wherein the first DC voltage (51) and the first DC voltage connector (5) connected, and second DC voltage (61) and second (6) connected to the DC voltage connector. The invention is characterized in that the DC voltage switch (16), disposed between the DC voltage in a DC voltage and the corresponding related joint; and the continued flow path (22), extending between the two DC voltage connector and includes cut-off and guide through the direction of the semiconductor element. The invention also relates to a method for short circuit protection for a converter device (1).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】转换器装置以及其短路保护方法
本专利技术涉及一种转换器装置，包括：具有双极子模块的第一串联电路的第一相模块支路，子模块分别包括至少一个能量存储器和至少一个功率半导体开关单元，其中，第一相模块支路在第一交流电压接头与第一直流电压极之间延伸；具有双极子模块的第二串联电路的第二相模块支路，其中，第二相模块支路在第一交流电压接头与第二直流电压极之间延伸；具有双极子模块的第三串联电路的第三相模块支路，其中，第三相模块支路在第二交流电压接头与第一直流电压极之间延伸；以及具有双极子模块的第四串联电路的第四相模块支路，其中，第四相模块支路在第二交流电压接头与第二直流电压极之间延伸，其中，每个子模块能够借助与其连接端子并联地布置的桥接单元与电流方向无关地被桥接，并且其中，第一直流电压极与第一直流电压接头连接，并且第二直流电压极与第二直流电压接头连接。
技术介绍
当与电流方向无关地桥接子模块时，在此应当存在与电流方向无关的桥接。直流电压接头通常设置为，将转换器装置与直流电压线连接。直流电压极与相关的直流电压接头之间的连接相应地可以是可拆分的连接。这种类型的转换器装置由Li等人的文章“ProtectionofNonpermanentFaultsonDCOverheadLinesinMMC-BasedHVDCSystems”,IEEETrans.OnPowerDelivery,Vol.28,NO.1,Jan2013已知。例如在高压直流电传输中应用这种类型的转换器装置。在此，可以有效地在几百至几千千米的长距离上传输电能。传输大多通过直流电压线进行，其以地下或水下电缆或者架空电线(“overheadlines”)的形式实现。特别是在后一种情况下，诸如闪电击中和树木倒下的环境影响可能在直流电压线中引起经常是短时的短路。在这种直流侧故障的情况下在某些情况下出现极高的短路电流。短路电流可能导致转换器部件损坏，因为该短路电流一般也流过转换器装置的相模块支路。由此得出为了对转换器装置进行短路保护而断开短路电流的必要性。在已知的转换器装置中，一旦借助合适的检测器确定了直流侧的短路，就使子模块中的所有功率半导体开关截止。同时，借助在已知的转换器装置中包括反并联的晶闸管的相关的桥接单元将所有子模块桥接或使其端子短路。为此，为此设置的控制单元控制晶闸管变换为导通状态。通过这种方式可以在交流侧引起连接到转换器装置的交流电网的所有相的一种对称短路。由此实现不再将功率馈入在直流侧与转换器装置连接的直流电压线中。也就是，不再通过功率传输维持直流电压线中的短路电流。然后，由于导线电感而还在直流电压线中流动的短路电流完全衰退。
技术实现思路
基于已知的转换器装置，本专利技术要解决的技术问题是，进一步改善转换器装置的短路保护。上述技术问题在这种类型的转换器装置中通过直流电压开关以及续流路径来解决，该直流电压开关布置在第一直流电压极与第一直流电压接头之间或第二直流电压极与第二直流电压接头之间，该续流路径在两个直流电压接头之间延伸并且包括具有截止和导通方向的半导体元件。本专利技术包括两相以及三相和多相的实施。在此，转换器装置例如在三相实施中具有第五和第六相支路，其以已知的转换器装置的方式布置。当然，根据本专利技术，第一直流电压极以及第二直流电压极可以分别经由至少一个直流电压开关与相关的直流电压接头相连。第一直流电压极例如可以作为正母线实现，而第二直流电压极可以作为零线实现。还可以想到，第一直流电压极作为零线实现，而第二直流电压极作为负母线实现。相应地，另外的变形也是可能的，例如，第一直流电压极处于正高压电势，而第二直流电压极处于负高压电势。根据本专利技术的转换器装置还可以是双极高压直流传输装置的部分。根据本专利技术的转换器装置的优点是，直流电压开关可以用于将在子模块桥接之后在直流电压线中流动的短路电流换向到续流路径。通过这种方式，直流侧的短路电流于是有利地不流过转换器装置的相模块支路，由此改善其保护。优选地，通过组合桥接单元和直流电压开关，不再需要直流电压开关或其反向电压被设计为在直流侧的完全电压下进行开关。而是，直流电压开关仅构造为用于将短路电流换向到续流路径就已足够。例如可以取代320kV的反向电压，现在10kV的反向电压就已足够。由此有利地降低了直流电压开关的功率电子电路开销。此外，转换器装置正常运行时的损耗相对低。合适地，桥接单元包括桥接支路，其与子模块的两个接头或电极并联地布置，从而可以与电流方向无关地在接头处引起短路。桥接单元可以与控制装置连接，借助该控制装置可以控制桥接单元，也就是特别地，其可以开始桥接子模块。优选地，桥接单元包括反并联连接的晶闸管。为了与电流方向无关地桥接子模块，同时触发晶闸管。通过这种方式提供特别有利且可靠的桥接单元。为了检测直流电压线中的短路，可以设置检测装置，例如电流测量单元，其在输出侧例如与控制装置连接。根据本专利技术的优选的实施方式，续流路径中的半导体元件包括至少一个二极管和/或晶闸管。二极管或晶闸管防止在转换器装置正常运行时在直流电压线的两个直流电压极之间短路。合适地，在短路情况下触发晶闸管，以使得短路电流能够流过续流路径。合适地，续流路径具有与额定电势相反的极性。通过这种方式，根据所选择的二极管的导通方向，在转换器装置正常运行时基本上没有电流流过续流路径。半导体元件还可以通过多个二极管和/或晶闸管的串联电路形成。优选地，在续流路径中除了半导体元件之外还布置能量吸收器，其中，能量吸收器与半导体元件串联地布置。例如可以是电阻元件的能量吸收器可以设计为，用于导出短路电流的能量，例如通过转换为热。通过这种方式，可以使得直流电压线中的短路电流更快衰减。能量吸收器还可以包括过压放电器或过压放电器的串联电路。这样的实施具有如下优点，即，对转换器装置提供附加保护。转换器装置的子模块可以、但不一定必须全部以相同方式构造。优选地，子模块实施为半桥电路。例如在DE10103031B4中描述了这样的半桥电路。由于损耗相对小，这样的子模块在运行时是特别低成本的。合适地，子模块的功率半导体开关是可关断的功率半导体，例如IGBT、GTO等。根据本专利技术的一种实施方式，直流电压开关包括具有功率半导体开关的至少一个功率半导体开关模块。功率半导体开关例如是具有与续流二极管反并联连接的集成栅双极晶体管(IGBT，IntegratedGateBipolarTransistor)的所谓的固态开关。直流电压开关可以包括多个这样的功率半导体开关模块的串联电路。合适地，串联电路中的功率半导体开关模块的数量与相应的应用相匹配。功率半导体开关模块在短路情况下例如借助为此构造的控制器断开，从而短路电流可以换向到续流路径上。优选地，直流电压开关具有由至少一个功率半导体开关模块和至少一个隔离开关组成的串联电路。隔离开关可以是机械开关。在隔离开关中的电流衰退之后，可以借助隔离开关中断直流电压线。在断开隔离开关之后，还可以以简单的方式、例如通过截止桥接单元来中断交流侧的短路电流。此外，直流电压开关可以包括至少一个过压放电器。至少一个过压放电器例如可以与至少一个功率半导体开关模块或功率半导体开关模块的串联电路并联地布置。过压放电器限制降落在功率半导体开关模块上的电压并且还可以用作能量吸收元件。如前面已本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转换器装置(1)，包括：‑具有双极子模块(14)的第一串联电路的第一相模块支路(8)，子模块分别包括至少一个能量存储器(31)和至少一个功率半导体开关(29)，其中，第一相模块支路(8)在第一交流电压接头(3)与第一直流电压极(51)之间延伸；‑具有双极子模块(14)的第二串联电路的第二相模块支路(9)，其中，第二相模块支路(9)在第一交流电压接头(3)与第二直流电压极(61)之间延伸；‑具有双极子模块(14)的第三串联电路的第三相模块支路(10)，其中，第三相模块支路(10)在第二交流电压接头(4)与第一直流电压极(51)之间延伸；‑具有双极子模块(14)的第四串联电路的第四相模块支路(11)，其中第四相模块支路(11)在第二交流电压接头(4)与第二直流电压极(61)之间延伸，其中，每个子模块(14)能够借助与其连接端子(26，27)并联地布置的桥接单元(33)与电流方向无关地被桥接，并且其中，第一直流电压极(51)与第一直流电压接头(5)连接，并且第二直流电压极(61)与第二直流电压接头(6)连接，其特征在于‑直流电压开关(16)，其布置在第一直流电压极(51)与第一直流电压接头(5)之间或第二直流电压极(61)与第二直流电压接头(6)之间，和‑续流路径(22)，其在两个直流电压接头(5，6)之间延伸并且包括具有截止和导通方向的半导体元件(23)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种转换器装置(1)，包括：-具有双极子模块(14)的第一串联电路的第一相模块支路(8)，子模块分别包括至少一个能量存储器(31)和至少一个功率半导体开关(29)，其中，第一相模块支路(8)在第一交流电压接头(3)与第一直流电压极(51)之间延伸；-具有双极子模块(14)的第二串联电路的第二相模块支路(9)，其中，第二相模块支路(9)在第一交流电压接头(3)与第二直流电压极(61)之间延伸；-具有双极子模块(14)的第三串联电路的第三相模块支路(10)，其中，第三相模块支路(10)在第二交流电压接头(4)与第一直流电压极(51)之间延伸；-具有双极子模块(14)的第四串联电路的第四相模块支路(11)，其中第四相模块支路(11)在第二交流电压接头(4)与第二直流电压极(61)之间延伸，其中，每个子模块(14)能够借助与其连接端子(26，27)并联地布置的桥接单元(33)与电流方向无关地被桥接，并且其中，第一直流电压极(51)与第一直流电压接头(5)连接，并且第二直流电压极(61)与第二直流电压接头(6)连接，其特征在于-直流电压开关(16)，其布置在第一直流电压极(51)与第一直流电压接头(5)之间或第二直流电压极(61)与第二直流电压接头(6)之间，和-续流路径(22)，其在两个直流电压接头(5，6)之间延伸并且包括具有截止和导通方向的半导体元件(23)。2.根据权利要求1所述的转换器装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋旭，MM巴克兰，A舍恩，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE