谐振变换器及其开关模块、直流输电系统技术方案

本申请提供了一种谐振变换器及其开关模块、直流输电系统，通过开关模块中的旁开模块控制开关模块是否接入到谐振变换器的桥臂结构中，以此利用多个开关模块的冗余安装布置，使得谐振变换器在一个或几个开关模块出现故障时，能够在不影响正常工作的情况下直接切换备用的开关模块，替换掉损坏的开关模块。解决了现有技术中模块化多电平变换器的开关模块损坏时无法维持正常工作，导致直流输电系统可靠性差，安全性较低的技术问题，达到了保证谐振变换器的容错率，提高谐振变换器使用寿命，提高直流输电网络系统安全性的技术效果。提高直流输电网络系统安全性的技术效果。提高直流输电网络系统安全性的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
谐振变换器及其开关模块、直流输电系统


[0001]本申请涉及电力传输领域，尤其涉及一种谐振变换器及其开关模块、直流输电系统。

技术介绍

[0002]直流(HVDC)输电技术始于20世纪20年代，目前已经经历了三次技术革新。相比于传统的交流输配电技术，新型直流输配电技术以其独特的优势在大容量远距离输电、直流智能微电网、高速轨道交通以及海洋观测站等领域有着广阔的应用前景。直流变换器是直流输配电领域的关键技术之一。模块化多电平变换器技术因其高可靠性和低损耗的优点在直流输电领域得到越来越多的应用。
[0003]目前，模块化多电平变换器的开关模块作为实现将直流电转换为正弦或余弦波交流电的关键零部件，多个开关模块串联使用，利用阶梯波逼近正弦波的原理，每个变换器中存在多个开关模块。
[0004]但是，现有技术中开关模块一般是焊接在电路板上的，在变换器安装之后，如果任意一个开关模块出现了不可逆的损坏，将会导致整个变换器不能正常工作，即现有技术中模块化多电平变换器无法在有限个数的开关模块出现故障时仍然正常工作，容错率低，导致直流输电系统可靠性差，安全性较低。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种谐振变换器及其开关模块、直流输电系统，以解决现有技术中模块化多电平变换器的开关模块损坏时无法维持正常工作，导致直流输电系统可靠性差，安全性较低的技术问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种谐振变换器的开关模块，包括：
[0007]第一开关管、第二开关管、电容以及旁开模块，第一开关管与第二开关管串联组成半桥臂结构，电容的正极与第一开关管的输入端相连，电容的负极与第二开关管的输出端相连，第一开关管的输出端为开关模块的高电位端，第二开关管的输出端为开关模块的低电位端；
[0008]旁开模块的输入端与高电位端连接，旁开模块的输出端与低电位端连接，旁开模块用于控制开关模块与模块化多电平谐振变换器中的连接开关状态。
[0009]在一种可能的设计中，旁开模块包括第三开关管，第三开关管的输入端与高电位端连接，第三开关管的输出端与低电位端连接。
[0010]可选的，开关模块还包括：续流模块；续流模块的输入端与高电位端相连，续流模块的输出端与电容的正极相连，续流模块用于给电容提供续流回路。
[0011]在一种可能的设计中，续流模块包括续流二极管，续流二极管的输入端与高电位端相连，续流二极管的输出端与电容的正极相连。
[0012]可选的，续流二极管包括至少两个并联的二极管，二极管的输入端与高电位端相
连，二极管的输出端与电容的正极相连。
[0013]可选的，第一开关管包括至少两个并联的功率开关管。
[0014]可选的，第二开关管包括至少两个并联的功率开关管。
[0015]可选的，第三开关管包括至少两个并联的功率开关管。
[0016]可选的，功率开关管包括：绝缘栅双极型晶体管IGBT以及金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
[0017]第二方面，本申请提供一种谐振变换器，包括：
[0018]均压模块、上桥臂模块、下桥臂模块、振荡模块、变压器以及整流模块；
[0019]均压模块包括串联的第一均压电容与第二均压电容；
[0020]上桥臂模块与下桥臂模块串联；
[0021]振荡模块的第一端连接在第一均压电容与第二均匀电容之间，振荡模块的第二端连接在上桥臂模块与下桥臂模块之间，并且振荡模块与变压器串联；
[0022]整流模块与变压器的副级连接；
[0023]上桥臂模块和/或下桥臂模块包括至少一个第一方面中任意一种可能的开关模块。
[0024]在一种可能的设计中，上桥臂模块和/或下桥臂模块还包括：桥臂电感。
[0025]可选的，振荡模块包括LC振荡电路，上桥臂模块、下桥臂模块、振荡电路以及变压器构成LLC振荡电路结构，或者桥臂电感、振荡电路以及变压器构成LLC振荡电路结构。
[0026]可选的，上桥臂模块和/或下桥臂模块中至少包括两个串联开关模块，串联开关模块的数量大于或等于模块化多电平谐振变换器正常工作时所需要的串联开关模块数量。
[0027]第三方面，本申请提供一种直流输电系统，包括：
[0028]输电端、低压用电端以及上述第二方面任意一种可能的谐振变换器，输电端输出的直流电经过谐振变换器降压后，谐振变换器输出低压直流电给低压用电端供电。
[0029]本申请提供了一种谐振变换器及其开关模块、直流输电系统，通过开关模块中的旁开模块控制开关模块是否接入到谐振变换器的桥臂结构中，以此利用多个开关模块的冗余安装布置，使得谐振变换器在一个或几个开关模块出现故障时，能够在不影响正常工作的情况下直接切换备用的开关模块，替换掉损坏的开关模块。解决了现有技术中模块化多电平变换器的开关模块损坏时无法维持正常工作，导致直流输电系统可靠性差，安全性较低的技术问题，达到了保证谐振变换器的容错率，提高谐振变换器使用寿命，提高直流输电网络系统安全性的技术效果。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本申请提供的第一种MMC开关模块SM的结构示意图；
[0032]图2为本申请提供的第二种MMC开关模块SM的结构示意图；
[0033]图3为本申请提供的第三种MMC开关模块SM的结构示意图；
[0034]图4为本申请提供的第四种MMC开关模块SM的结构示意图；
[0035]图5a
‑
5d为本申请提供的MMC开关模块SM中电流回路示意图；
[0036]图6为本申请提供的一种MMC模块化多电平谐振变换器的结构示意图；
[0037]图7为本申请提供的另一种MMC模块化多电平谐振变换器的结构示意图；
[0038]图8为本申请提供的高压直流输电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0039]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，包括但不限于对多个实施例的组合，都属于本申请保护的范围。
[0040]本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振变换器的开关模块，其特征在于，包括：第一开关管、第二开关管、电容以及旁开模块，所述第一开关管与所述第二开关管串联组成半桥臂结构，所述电容的正极与所述第一开关管的输入端相连，所述电容的负极与所述第二开关管的输出端相连，所述第一开关管的输出端为所述开关模块的高电位端，所述第二开关管的输出端为所述开关模块的低电位端；所述旁开模块的输入端与所述高电位端连接，所述旁开模块的输出端与所述低电位端连接，所述旁开模块用于控制所述开关模块与模块化多电平的谐振变换器的连接开关状态。2.根据权利要求1所述的开关模块，其特征在于，所述旁开模块包括第三开关管，所述第三开关管的输入端与所述高电位端连接，所述第三开关管的输出端与所述低电位端连接。3.根据权利要求1所述的开关模块，其特征在于，还包括：续流模块；所述续流模块的输入端与所述高电位端相连，所述续流模块的输出端与所述电容的正极相连，所述续流模块用于给所述电容提供续流回路。4.根据权利要求3所述的开关模块，其特征在于，所述续流模块包括续流二极管，所述续流二极管的输入端与所述高电位端相连，所述续流二极管的输出端与所述电容的正极相连。5.根据权利要求4所述的开关模块，其特征在于，所述续流二极管包括至少两个并联的二极管，所述二极管的输入端与所述高电位端相连，所述二极管的输出端与所述电容的正极相连。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的开关模块，其特征在于，所述第一开关管和/或所述第二开关管包括至少两个并联的功率开关管。7.根据权利要求2所述的开关模块，其特征在于，所述第一开关管，和/或所述第二开关管，和/或所述第三开关管包括至少两个并联的功率开关管。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢凯，迟震，张锋，张志峰，杜宗印，王立国，倪佳炜，
申请(专利权)人：中天海洋系统有限公司，
类型：新型
国别省市：