一种采用双旁路开关的MMC功率模块及过压三旁路方法技术

本发明专利技术公开了一种采用双旁路开关的MMC功率模块及过压三旁路方法，该采用双旁路开关的MMC功率模块包括第一旁路开关，其并接在MMC功率模块的两端；当所述MMC功率模块的电容电压超出设定安全值时，第一旁路开关闭合，使得MMC功率模块旁路；第二旁路开关，当所述第一旁路开关在MMC功率模块故障拒动时，第二旁路开关接收到闭合指令，第二旁路开关闭合，使MMC功率模块旁路。本发明专利技术通过设置两个旁路开关，提高了功率模块旁路的可靠性，避免因功率模块未可靠旁路而造成的柔直系统停运。

MMC power module with double bypass switch and method of over voltage three bypass

【技术实现步骤摘要】
一种采用双旁路开关的MMC功率模块及过压三旁路方法
本专利技术涉及电力
，具体涉及一种采用双旁路开关的MMC功率模块及过压三旁路方法。
技术介绍
随着大功率柔性直流输电技术的发展，模块化多电平换流阀(ModularMultilevelConverter，MMC)被越来越多的应用到工程上，其具有开关频率低，损耗小、控制灵活等优点。该种形式换流阀每个桥臂有上百个功率模块串联，每个功率模块可以采用全桥结构或半桥结构，当由于取能电源或控制板卡发生故障，功率模块变成不可控状态时，运行中的电容会被持续充电，当电容两端电压过高时，会导致并联在电容两端的IGBT功率器件击穿，由于目前工程中使用的IGBT在击穿之后呈开路状态，因此串联在桥臂上的MMC一旦IGBT击穿后，会导致换流阀闭锁，影响柔性直流输电工程送电的稳定性。现有的方法是在功率模块两端并联一个旁路开关，但是并联的旁路开关也存在由于取能、通信、控制等原因发生拒动的风险，没有办法实现功率模块可靠旁路。目前并联旁路开关的控制逻辑为，取能电源通过直流电容两端电压进行取能，转化为15V电压和400V电压，15V输出电压为主控板、IGBT驱动板供电，400V电压为旁路开关驱动板供电，换流阀阀控系统与功率模块的主控板通过光纤通信，主控板与旁路开关驱动板之间通过光纤进行通信，当功率模块故障时，主控板判断电容电压信号过高，申请阀控下发旁路命令，阀控收到请求信号之后，通过逻辑判断，下发触发旁路开关命令，触发命令通过光纤下发到主控板，主控板再下发到旁路开关驱动板，最后旁路开关驱动板发出触发命令触发旁路开关，使旁路开关合闸，切除该故障功率模块。因此当其中任何一个环节出现问题，如光纤通信故障、主控板故障、取能电源故障，均会导致旁路开关在功率模块故障时拒动，最后导致换流阀跳闸，影响换流阀的正常运行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种采用双旁路开关的MMC功率模块及过压三旁路方法，以提高功率模块旁路的可靠性，避免因功率模块未可靠旁路而造成的柔直系统停运。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种采用双旁路开关的MMC功率模块，包括：第一旁路开关，其并接在MMC功率模块的两端；当所述MMC功率模块的电容电压超出设定安全值时，第一旁路开关闭合，使得MMC功率模块旁路；第二旁路开关，当所述第一旁路开关在MMC功率模块故障拒动时，第二旁路开关接收到闭合指令，第二旁路开关闭合，使MMC功率模块旁路。进一步地，所述的采用双旁路开关的MMC功率模块还包括：第一旁路开关驱动电路，所述第一旁路开关驱动电路包括：主控板、阀控、第一旁路开关驱动板以及第一取能电源；所述第一取能电源用于将MMC功率模块的直流电容的电压转换为主控板、旁路开关驱动板的工作电压，为主控板和旁路开关驱动板的工作供电；所述主控板用于检测MMC功率模块直流电容两端电压，当电压达到保护值时，主控板向阀控发出请求旁路命令，阀控经过逻辑判断，符合要求后向主控板发出旁路命令，主控板接收到旁路命令后向旁路开关驱动板发出旁路命令，旁路开关驱动板发出闭合旁路开关命令，使旁路开关闭合，将故障功率模块切除。进一步地，所述第一旁路开关的闭合触发信号还通过主控板发出，所述主控板通过其硬件检测回路直接检测直流电容两端电压并与设定值比较判断，若超出设定值，则发送信号触发第一旁路开关闭合，实现可靠旁路。进一步地，所述的采用双旁路开关的MMC功率模块还包括：第二旁路开关驱动电路，所述第二旁路开关驱动电路包括：第二旁路开关驱动板和第二取能电源；所述第二取能电源用于将MMC功率模块的直流电容的电压转换为第二旁路开关驱动板工作电压，为第二旁路开关驱动板的工作供电；所述第二旁路开关驱动板通过其硬件检测回路直接检测直流电容两端电压并与设定值比较判断，若超出设定值，则发送信号触发第二旁路开关闭合，实现可靠旁路。相应地，本专利技术还提供了一种MMC功率模块过压三旁路方法，所述方法采用上述的采用双旁路开关的MMC功率模块来进行，包括：第一道旁路：主控板通过电压采样回路检测到直流电容电压达到第一道过压设定值V1时，通过写入主控板FPGA中的软件判定，请求阀控下发旁路信号，阀控经过逻辑判断合格后，向主控板下发旁路信号，主控板收到后向第一旁路开关驱动板下发旁路信号，第一旁路开关驱动板收到后，发送信号触发第一旁路开关，使功率模块旁路。第二道旁路：在由于故障导致第一道过压旁路失效后，电容电压达到第二道过压设定值V2时，通过主控板通过硬件检测回路直接进行电容两端电压与设定值比较判定，发送触发信号到第一旁路开关驱动板，第一旁路开关驱动板收到后，触发第一旁路开关，使功率模块旁路。第三道旁路，由于故障导致第一、第二道过压旁路方法均失效后，电容电压达到达到第三段后备保护设定值V3时，通过第二旁路开关驱动板的硬件检测回路直接进行电容两端电压与设定值V3比较判定，发送信号触发旁路开关，实现可靠旁路。进一步地，所述V1<V2<V3，且V3小于MMC功率模块的IGBT的额定电压值。本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：1、通过设置两个旁路开关，提高了功率模块旁路的可靠性，避免因功率模块未可靠旁路而造成的柔直系统停运。2、通过设置两套旁路开关触发回路，分别触发两路旁路开关，触发信号互不影响，提高了旁路动作的可靠性3、第二取能电源与第一取能电源相比，功能更加简单，元器件少，电路结构更加简单，可靠性更高。4、第二旁路开关驱动电路与第一旁路开关驱动电路相比，功能更加简单，元器件少，电路结构更加简单，可靠性更高。第二旁路开关电路只采用硬件电路进行逻辑判断，旁路逻辑链路更短，可靠性更高。5、第二旁路开关保护为第一旁路开关的后备保护，第二旁路开关的闭合条件为电容电压高于阈值V3，阈值V3低于IGBT耐压值，可以有效保护IGBT不被电容电压击穿。通过以上措施，保证功率模块的IGBT不受控，功率模块被持续充电时，功率模块被可靠旁路，IGBT和电容不发生爆炸，不对其余功率模块造成影响，不影响MMC换流阀柔直系统的继续运行，提升系统可靠性。附图说明图1为采用双旁路开关的MMC全桥功率模块电路图；图2为采用双旁路开关的MMC半桥功率模块电路图；图3为双旁路开关的MMC功率模块的控制电路图；图中：10主控板；11、阀控；12、第一旁路开关驱动板；13、第一取能电源；20、第二旁路开关驱动板；21、第二取能电源。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。实施例：参阅图1-2所示，本实施例提供的采用双旁路开关的MMC功率模块，包括第一旁路开关K1和第二旁路开关K2。其中，该第一旁路开关K1并接在MMC功率模块的两端；当所述MMC功率模块的电容C电压超出设定安全值时，第一旁路开关K1闭合，使得MMC功率模块旁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用双旁路开关的MMC功率模块，其特征在于，包括：/n第一旁路开关，其并接在MMC功率模块的两端；当所述MMC功率模块的电容电压超出设定安全值时，第一旁路开关闭合，使得MMC功率模块旁路；/n第二旁路开关，当所述第一旁路开关在MMC功率模块故障拒动时，第二旁路开关接收到闭合指令，第二旁路开关闭合，使MMC功率模块旁路。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用双旁路开关的MMC功率模块，其特征在于，包括：
第一旁路开关，其并接在MMC功率模块的两端；当所述MMC功率模块的电容电压超出设定安全值时，第一旁路开关闭合，使得MMC功率模块旁路；
第二旁路开关，当所述第一旁路开关在MMC功率模块故障拒动时，第二旁路开关接收到闭合指令，第二旁路开关闭合，使MMC功率模块旁路。


2.如权利要求1所述的采用双旁路开关的MMC功率模块，其特征在于，还包括：
第一旁路开关驱动电路，所述第一旁路开关驱动电路包括：主控板、阀控、第一旁路开关驱动板以及第一取能电源；
所述第一取能电源用于将MMC功率模块的直流电容的电压转换为主控板、旁路开关驱动板的工作电压，为主控板和旁路开关驱动板的工作供电；所述主控板用于检测MMC功率模块直流电容两端电压，当电压达到保护值时，主控板向阀控发出请求旁路命令，阀控经过逻辑判断，符合要求后向主控板发出旁路命令，主控板接收到旁路命令后向旁路开关驱动板发出旁路命令，旁路开关驱动板发出闭合旁路开关命令，使旁路开关闭合，将故障功率模块切除。


3.如权利要求2所述的采用双旁路开关的MMC功率模块，其特征在于，所述第一旁路开关的闭合触发信号还通过主控板发出，所述主控板通过其硬件检测回路直接检测直流电容两端电压并与设定值比较判断，若超出设定值，则发送信号触发第一旁路开关闭合，实现可靠旁路。


4.如权利要求1-3任一所述的采用双旁路开关的MMC功率模块，其特征在于，还包括：
第二旁路开关驱动电路，所述第二旁路开关驱动电路包括：第二旁路开...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坤，唐金昆，梁宁，邹延生，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，
类型：发明
国别省市：广东;44