模块化多电平转换器和转换器单元制造技术

本实用新型专利技术涉及模块化多电平转换器和转换器单元。本公开涉及用于模块化多电平转换器的转换器单元，其包括与单元的储能器和单元的多个半导体开关中的每个半导体开关串联连接的直流熔断器装置，以用于当半导体开关中的一个半导体开关发生故障时防止单元短路。本实用新型专利技术的实施例在模块化多电平转换器中提供了改进的断路保护。

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平转换器和转换器单元
本公开涉及电气设备，更具体而言涉及模块化多电平转换器和转换器单元。
技术介绍
模块化多电平转换器(MMC)由于其增强的模块化程度、可扩展性、具有降低的损耗的极好的谐波性能，已经成为用于电网连接电力转换器的流行选择。在半桥(HB)或全桥(FB)MMC单元短路故障的情况下，开关中的一个开关在短路模式中故障。另一个开关在同一时间接通，导致跨单元电容器短路，引起单元电容器将能量以非常大的电流放电到开关中(例如，针对静态同步补偿器(STATCOM)的电流范围为500kA至1MA，针对高压(HV)直流(DC)HVDC功率转换器的电流范围为1MA-2MA)。基于所使用的半导体模块封装技术(即，印刷封装或键合线)MMC单元短路保护概念不同。基于键合线的半导体模块常用于低-中功率转换器，而印刷封装模块常用于高功率转换器。快速旁路开关(FBS)可以被接通，以电气连接单元的交流(AC)端子，从而在短路的情况下旁路单元。然而，尤其是针对基于键合线的模块，存在很高的半导体模块爆炸的风险。此外，在单元内的非常大的峰值短路电流要求总线设计可以承受较大的机械应力。这导致了单元成本的增加。栅极驱动器(GD)通常装备有保护电路，以感测大电流并安全地关断开关。然而，使用GD的安全关断并不总是有效的，并且强制性的具有二次保护电路。MMC单元在开关短路故障期间必须克服的两个主要问题是：-放电到开关中的大单元电容器的能量在工业绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的情况下引起爆炸，或者需要昂贵的印刷封装开关与密封封条来承受此类能量。-开关在短路故障期间在高阻抗模式中爆炸或失效之前，必须在单元输出上具有快速且稳定的旁路。要注意的是，因为存在大型臂式反应器，该反应器会在故障单元两端引发电弧，引起阀结构严重损坏，所以流经单元输出的电流不可以中断。
技术实现思路
鉴于上述问题，本技术旨在提供一种在MMC单元中提供改进的短路保护。根据本技术的一个方面，提供了一种转换器单元。该转换单元用于模块化多电平转换器。该转换器单元包括与单元的储能器和单元的多个半导体开关中的每个半导体开关串联连接的直流熔断器装置，以用于当半导体开关中的一个半导体开关发生故障时防止单元短路。在一些实施例中，转换器单元还包括旁路开关，所述旁路开关被配置为在所述单元的第一交流端子与第二交流端子之间提供直接连接，当所述半导体开关中的一个半导体开关发生故障时，旁路所述单元的所述开关。在一些实施例中，所述半导体开关被布置在并联电力电子组块中。在一些实施例中，所述直流熔断器装置包括用于每个电力电子组块的相应的直流熔断器，使得每个电力电子组块的所述半导体开关与所述相应的直流熔断器串联连接。在一些实施例中，所述相应的直流熔断器中的每个相应的直流熔断器与所述储能器的相应的子储存器串联连接。在一些实施例中，所述相应的直流熔断器中的每个相应的直流熔断器与整个所述储能器串联连接。在一些实施例中，所述直流熔断器装置包括并联熔断器配置，所述并联熔断器配置在所述储能器的至少一部分与所述半导体开关中的至少一个半导体开关之间串联连接，所述并联熔断器配置包括被并联连接的至少两个直流熔断器。在一些实施例中，所述单元是半桥单元或全桥单元。根据本技术的另一个方面，提供了一种模块化多电平转换器，包括转换器臂，转换器臂包括多个串联连接的根据本公开所述的转换器单元。通过使用根据本公开的实施例，可以至少解决前述问题的至少一部分并且实现相应的效果。例如，通过直流熔断器的方式，流经故障的半导体开关的峰值短路电流被减少。附图说明将通过示例的方式并参考附图描述实施例，其中：图1示意性地图示了在MMC单元中的短路故障。图2是根据本技术的一些实施例的包括DC熔断器的MMC单元的示意性电路图。图3a至图3c是根据本技术的一些实施例的可以在MMC单元中使用的不同示例FBS开关的示意性电路图。图4a是根据本技术的一些实施例的具有解耦合DC总线的MMC单元的示意性电路图。图4b是根据本技术的一些实施例的具有通用DC总线的MMC单元的示意性电路图。图4c是根据本技术的一些实施例的具有并联连接DC熔断器的MMC单元的示意性电路图。具体实施方式下面将参考附图更全面地描述实施例，其中在附图中示出了某些实施例。然而，在本公开的范围内，许多不同形式的其他实施例是可能的。相反，以下实施例通过示例的方式提供，使得本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的范围充分传达给本领域的技术人员。在整个实施方式中，相似的数字指相似的元件。要注意的是，每当适当的情况下，任何方面的任何特征都可以被应用于任何其他方面。同样，任何方面的任何优点都可以应用于任何其他方面。所涵盖实施例的其他目的、特征和优点将从以下详细公开、从所附从属权利要求以及从附图中显而易见。通常，除非本文中另有明确地定义，否则在权利要求书中所使用的所有术语将按照其在
中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一/一个/该元件、装置、部件、方式、步骤等”的所有引用应被开放式地解释为表示元件、装置、部件、方式、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序执行。针对本技术的不同特征/部件使用“第一”、“第二”等仅旨在将特征/部件与其他类似特征/部件区分开来，而不是将任何顺序或层次赋予到特征/部件。根据本技术的一个方面，提供了一种用于模块化多电平转换器(MMC)的转换器单元，包括与单元的储能器和单元的多个半导体开关中的每个半导体开关串联连接的DC熔断器装置，以用于当半导体开关中的一个半导体开关发生故障时防止单元短路。根据本技术的另一个方面，提供了一种MMC，包括转换器臂，转换器臂包括多个串联连接的根据本公开所述的转换器单元。图1图示了MMC单元1的短路故障，在这种情况下MMC单元1是HB单元(但概念与FB单元相似)。单元1包括储能器2(例如，包括电容器)和多个阀T(此处是第一阀T1和第二阀T2)，形成单元的HB拓扑。每个阀T包括半导体开关4(例如，IGBT和反并联二极管3)。在图1中图示的情况下，第二阀T2的半导体开关4具有故障的导通(也称为接通或闭合)，而第一阀T1的半导体开关4接通(即导通)，如在图中由箭头所指示的，导致通过第一阀T1和第二阀T2的半导体开关4从储能器2的正向侧到负向侧产生短路电流。图2图示了包括DC熔断器装置6的MMC单元1，该DC熔断器装置6与储能器2串联连接，并被布置为用于中断如在图1中图示的短路电流。该图展示了具有DC熔断器装置6和FBS开关5的HB单元1的一般配置，FBS开关5被布置为用于旁路在MMC转换器臂中的所述单元而在单元1的第一AC端子AC1与第二AC端子AC2之间提供直接连接。类似的保护概念也适用于FB单元。DC熔断器装置6可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转换器单元，其特征在于，所述转换器单元用于模块化多电平转换器，所述转换器单元包括与所述单元的储能器和所述单元的多个半导体开关中的每个半导体开关串联连接的直流熔断器装置，以用于当所述半导体开关中的一个半导体开关发生故障时防止单元短路。/n

【技术特征摘要】
1.一种转换器单元，其特征在于，所述转换器单元用于模块化多电平转换器，所述转换器单元包括与所述单元的储能器和所述单元的多个半导体开关中的每个半导体开关串联连接的直流熔断器装置，以用于当所述半导体开关中的一个半导体开关发生故障时防止单元短路。


2.根据权利要求1所述的转换器单元，其特征在于，还包括旁路开关，所述旁路开关被配置为在所述单元的第一交流端子与第二交流端子之间提供直接连接，当所述半导体开关中的一个半导体开关发生故障时，旁路所述单元的所述开关。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的转换器单元，其特征在于，所述半导体开关被布置在并联电力电子组块中。


4.根据权利要求3所述的转换器单元，其特征在于，所述直流熔断器装置包括用于每个电力电子组块的相应的直流熔断器，使得每个电力电子组块的所述半导体开关与所述相应的直流熔断器串联连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：A·默哈纳维拉马尼，M·阿苏达尔，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：新型
国别省市：瑞士;CH