一种功率模块旁路开关的冗余取能电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种功率模块旁路开关的冗余取能电路及其控制方法，所述功率模块包括桥式电路，及第一电容和第一旁路开关，所述取能电路包括主驱动回路、电源板卡、控制板卡、第一变压器、整流电路和过压保护触发控制模块，主驱动回路包括相连接的第二开关、第二电容；电源板卡从第一电容获取能量，并向第二电容充电；控制板卡通过触发第二开关来控制第一旁路开关的合闸；过压保护触发控制模块采样整流电路输出直流电压，通过过压保护判断控制第一旁路开关的合闸。此种技术方案可以在换流器功率模块电源板卡发生故障时，为旁路开关提供另一条取能路径，同时实现功率模块的旁路开关可靠合闸，减小系统停运的概率，在经济性和技术性上均有较好表现。

【技术实现步骤摘要】
一种功率模块旁路开关的冗余取能电路及其控制方法
本专利技术属于电力电子领域，特别涉及一种功率模块旁路开关的冗余取能电路及其控制方法。
技术介绍
电压源型换流器技术是一种以可关断器件IGBT(绝缘栅双极晶体管)和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型换流技术。随着电力电子技术在电力系统中的应用和发展，电力电子设备向着高压大容量模块化方向发展，尤其在链式静止无功发生器和柔性直流输电系统等领域得到广泛的应用。电压源型换流器由大量功率模块串联而成，当功率模块发生故障时闭合旁路开关，将故障单元切除，系统不停运。然而，功率模块内部的电源板卡如果出现故障，则控制板卡和旁路开关的储能回路无法正常工作，从而导致旁路开关的触发回路不能工作，功率模块无法成功旁路，致使系统停运。因此，提高功率模块旁路开关取能和触发回路的可靠性，保证旁路开关的可靠合闸，成为提高电压源型换流器成套设备可靠性的关键技术因素。鉴于以上分析，本专利技术人提出一种功率模块旁路开关的冗余取能电路及控制方法，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种功率模块旁路开关的冗余取能电路及其控制方法，用于电压源型换流器，可以在换流器功率模块电源板卡发生故障时，为旁路开关提供另一条取能路径，同时实现功率模块的旁路开关可靠合闸，减小系统停运的概率，在经济性和技术性上均有较好表现。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种功率模块旁路开关的冗余取能电路，所述功率模块包括由4个功率半导体器件两两串联后再并联组成的桥式电路，以及第一电容和第一旁路开关，第一电容并联于桥式电路的输入端，第一旁路开关并联于桥式电路的输出端；所述第一旁路开关具有合闸后机械保持功能，在断电后旁路开关能够保持合闸状态；所述取能电路包括主驱动回路、电源板卡、控制板卡、第一变压器、整流电路和过压保护触发控制模块，其中，主驱动回路包括相连接的第二开关、第二电容；第一变压器原边并联在功率模块输出端，副边与整流电路交流侧输入相连；所述整流电路输出的直流正与第二电容的正极相连，直流负与第二电容的负极相连；所述电源板卡从第一电容获取能量，并向控制板卡提供供能以及向第二电容充电；所述控制板卡通过触发第二开关来控制第二电容充放电，第二电容放电时控制第一旁路开关的合闸；所述过压保护触发控制模块采样整流电路输出直流电压，通过过压保护判断触发第二开关从而控制第一旁路开关的合闸。上述第二开关采用机械开关或电子开关。上述电子开关为晶闸管、IGBT、IGCT、GTO或MOSFET。如前所述的一种功率模块旁路开关的冗余取能电路的控制方法，包含如下两种情况：第一种情况，当功率模块启动时，发生故障需要旁路时，包含如下步骤；步骤A1，初始状态为第一旁路开关分断，第二开关分断；步骤A2，功率模块中的第一电容开始充电；步骤A3，如电源板卡工作正常，则电源板卡给第二电容充电，给控制板卡供能，当控制板卡正常启动时，控制板卡发出合第二开关的指令，第二电容放电，触发第一旁路开关合闸；如电源板卡工作不正常，则整流电路的输出给第二电容充电；当第二电容两端的电压达到第一阈值Vc1时，过压保护触发控制模块触发第二开关合闸，第二电容放电，触发第一旁路开关合闸；第二种情况，当功率模块正常工作，发生故障需要旁路时，包含如下步骤；步骤B1，初始状态为第一旁路开关分断，第二开关分断；步骤B2，检测到功率模块故障，控制板卡发出合第二开关指令，触发第一旁路开关合闸；步骤B3，如合闸成功，则流程终止；若合闸不成功，则转步骤B4；步骤B4，第一电容继续充电，整流电路的输出给第二电容充电；步骤B5，当第二电容两端的电压达到第一阈值Vc1时，过压保护触发控制模块触发第二开关合闸，第二电容放电，触发第一旁路开关合闸。一种功率模块旁路开关的冗余取能电路，所述功率模块包括由4个功率半导体器件两两串联后再并联组成的桥式电路，以及第一电容和第一旁路开关，第一电容并联于桥式电路的输入端，第一旁路开关并联于桥式电路的输出端；所述取能电路包括主驱动回路、电源板卡、控制板卡、第一变压器、整流电路、过压保护触发控制模块和辅助驱动回路，其中，主驱动回路包括相连接的第二开关、第二电容，辅助驱动回路包括相连接的第三开关、第三电容；第一变压器原边并联在功率模块输出端，副边与整流电路交流侧输入相连；所述整流电路输出的直流正与第三电容的正极相连，直流负与第三电容的负极相连；所述电源板卡从第一电容获取能量，并向控制板卡提供供能以及向第二电容充电；所述控制板卡通过触发第二开关来控制第二电容充放电，第二电容放电时控制第一旁路开关的合闸；所述过压保护触发控制模块采样整流电路输出直流电压，通过过压保护判断触发第三开关来控制第三电容充放电，第三电容放电时控制第一旁路开关的合闸。上述第二、第三开关采用机械开关或电子开关。上述电子开关为晶闸管、IGBT、IGCT、GTO或MOSFET。如前所述的一种功率模块旁路开关的冗余取能电路的控制方法，包含如下两种情况：第一种情况，当功率模块启动时，发生故障需要旁路时，包含如下步骤；步骤C1，初始状态为第一旁路开关分断，第二开关分断；步骤C2，功率模块中的第一电容开始充电；步骤C3，如电源板卡工作正常，则电源板卡给第二电容充电，给控制板卡供能，当控制板卡正常启动时，控制板卡发出合第二开关的指令，第二电容放电，触发第一旁路开关合闸；如电源板卡工作不正常，则整流电路的输出给辅助驱动回路充电；当整流电路的输出的电压达到第一阈值Vc1时，过压保护触发控制模块触发辅助驱动回路，辅助驱动回路触发第一旁路开关合闸；第二种情况，当功率模块正常工作，发生故障需要旁路时，包含如下步骤；步骤D1，初始状态为第一旁路开关分断，第二开关分断；步骤D2，检测到功率模块故障，控制板卡发出合第二开关指令，触发第一旁路开关合闸；步骤D3，如合闸成功，则流程终止；若合闸不成功，则转步骤D4；步骤D4，第一电容继续充电，整流电路的输出给辅助驱动回路充电；步骤D5，当整流电路的输出的电压达到第一阈值Vc1时，过压保护触发控制模块触发辅助驱动回路，辅助驱动回路触发第一旁路开关合闸。采用上述方案后，本专利技术与现有技术相比的有益效果为：(1)本专利技术提供的功率模块旁路开关的冗余取能电路，在功率模块电源板卡发生故障时启动，通过冗余取能电路可以为旁路开关的合闸回路储能，保证旁路开关有足够的合闸能量；(2)所述功率模块旁路开关的冗余取能电路，在控制板卡发生故障无法正常触发旁路开关合闸时，仍然可以通过过压保护触发控制单元触发旁路开关的合闸命令；(3)所述功率模块旁路开关的冗余取能电路，在旁路开关合闸失败后，仍然可以通过过压保护触发控制单元触发旁路开关的合闸命令；(4)所述功率模块旁路开关的冗余取能电路，双重化配置了旁路开关的合闸储能回路以及合闸出发命令，提高了旁路开关旁路成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率模块旁路开关的冗余取能电路，所述功率模块包括由4个功率半导体器件两两串联后再并联组成的桥式电路，以及第一电容和第一旁路开关，第一电容并联于桥式电路的输入端，第一旁路开关并联于桥式电路的输出端；其特征在于：所述取能电路包括主驱动回路、电源板卡、控制板卡、第一变压器、整流电路和过压保护触发控制模块，其中，主驱动回路包括相连接的第二开关、第二电容；第一变压器原边并联在功率模块输出端，副边与整流电路交流侧输入相连；所述整流电路输出的直流正与第二电容的正极相连，直流负与第二电容的负极相连；所述电源板卡从第一电容获取能量，并向控制板卡提供供能以及向第二电容充电；所述控制板卡通过触发第二开关来控制第二电容充放电，第二电容放电时控制第一旁路开关的合闸；所述过压保护触发控制模块采样整流电路输出直流电压，通过过压保护判断触发第二开关从而控制第一旁路开关的合闸。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率模块旁路开关的冗余取能电路，所述功率模块包括由4个功率半导体器件两两串联后再并联组成的桥式电路，以及第一电容和第一旁路开关，第一电容并联于桥式电路的输入端，第一旁路开关并联于桥式电路的输出端；其特征在于：所述取能电路包括主驱动回路、电源板卡、控制板卡、第一变压器、整流电路和过压保护触发控制模块，其中，主驱动回路包括相连接的第二开关、第二电容；第一变压器原边并联在功率模块输出端，副边与整流电路交流侧输入相连；所述整流电路输出的直流正与第二电容的正极相连，直流负与第二电容的负极相连；所述电源板卡从第一电容获取能量，并向控制板卡提供供能以及向第二电容充电；所述控制板卡通过触发第二开关来控制第二电容充放电，第二电容放电时控制第一旁路开关的合闸；所述过压保护触发控制模块采样整流电路输出直流电压，通过过压保护判断触发第二开关从而控制第一旁路开关的合闸。


2.如权利要求1所述的一种功率模块旁路开关的冗余取能电路，其特征在于：所述第二开关采用机械开关或电子开关。


3.如权利要求2所述的一种功率模块旁路开关的冗余取能电路，其特征在于：所述电子开关为晶闸管、IGBT、IGCT、GTO或MOSFET。


4.如权利要求1所述的一种功率模块旁路开关的冗余取能电路的控制方法，其特征在于包含如下两种情况：
第一种情况，当功率模块启动时，发生故障需要旁路时，包含如下步骤；
步骤A1，初始状态为第一旁路开关分断，第二开关分断；
步骤A2，功率模块中的第一电容开始充电；
步骤A3，如电源板卡工作正常，则电源板卡给第二电容充电，给控制板卡供能，当控制板卡正常启动时，控制板卡发出合第二开关的指令，第二电容放电，触发第一旁路开关合闸；
如电源板卡工作不正常，则整流电路的输出给第二电容充电；当第二电容两端的电压达到第一阈值Vc1时，过压保护触发控制模块触发第二开关合闸，第二电容放电，触发第一旁路开关合闸；
第二种情况，当功率模块正常工作，发生故障需要旁路时，包含如下步骤；
步骤B1，初始状态为第一旁路开关分断，第二开关分断；
步骤B2，检测到功率模块故障，控制板卡发出合第二开关指令，触发第一旁路开关合闸；
步骤B3，如合闸成功，则流程终止；若合闸不成功，则转步骤B4；
步骤B4，第一电容继续充电，整流电路的输出给第二电容充电；
步骤B5，当第二电容两端的电压达到第一阈值Vc1时，过压保护触发控制模块触发第二开关合闸，第二电容放电，触发第一旁路开关合闸。


5.一种功率模块旁路开关的冗余取能电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁琦，盛晓东，谢晔源，吴扣林，杨幸辰，张中锋，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32