换流阀模块及换流阀制造技术

本申请提出一种换流阀模块及换流阀。一种换流阀模块，包括：半导体开关单元、第一直流储能元件、旁路开关，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第三二极管、第四二极管、第一电源模块、DC/DC电源模块、子模块控制单元、开关控制单元。换流阀包括由若干级联的换流阀模块。子模块控制单元和开关控制单元的储能电容具有多路电源供电。供电回路中输入端的电阻可同时作为换流阀模块的均压电阻使用，可以解决子模块宽范围的运行电压输入，与子模块控制单元供电和储能电容供电电压允许范围小之间矛盾；DC/DC电源模块的输入电压和开关储能电容供电范围可以分别调节。本申请电路简洁，经济性好，可实现高可靠性的换流阀模块，为换流阀的可靠运行提供保证。保证。保证。

【技术实现步骤摘要】
换流阀模块及换流阀


[0001]本申请涉及柔性直流输电领域，具体而言，涉及一种换流阀模块及换流阀。

技术介绍

[0002]柔性直流输电技术是电网分区互联、新能源规模接入的优选技术方案。
[0003]作为其核心的柔直换流阀采用模块化多电平拓扑，由若干个结构完全相同的基本单元换流阀模块串联构成。通过控制柔性直流换流阀上、下桥臂子模块投入来拟合交流电压。子模块通常有半桥拓扑和全桥拓扑等多种结构。换流阀子模块由全控型功率器件(如IGBT)、直流电容器、旁路开关、子模块控制单元、功率器件驱动板、电源模块等元部件组成。
[0004]通过控制换流阀子模块中功率器件开通与关断控制子模块输出的电压。为了保障柔性直流系统的可靠运行，要求在换流阀模块故障时不影响换流阀整体的运行，于是在换流阀子模块的输出端子间并联旁路开关。换流阀模块故障时，触发导通开关可以将故障的子模块旁路退出运行，从而保障换流阀系统整体的运行不受单个模块故障的影响。
[0005]换流阀模块的子模块控制单元和旁路开关直接影响柔性直流输电换流阀是否能够正常运行，关系到系统安全。子模块控制单元和旁路开关的开关控制单元均需要电源模块供电，供电回路的设计的可靠性将影响子模块的可靠性。
[0006]现有的子模块控制单元通常采用一个高压开关电源供电，高压开关电源的输入直接连接到子模块的储能元件的两端取电，将子模块的工作电压变换到子模块控制单元所需的供电电压。
[0007]换流阀模块的旁路开关通常配置储能电容器和开关控制单元，储能电容器为旁路开关合闸提供合闸能量，储能电容器储能异常将可能导致旁路开关无法正常旁路合闸。换流阀模块的控制单元的正常工作及旁路开关的合闸均与其供电回路设计相关。
[0008]旁路开关的储能电容器的电压通常为200V
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400V。而换流阀工作条件下，子模块的运行电压具有较宽的电压范围，典型值为0
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4500V。子模块控制单元的供电通常采用低压直流供电，典型值为15V
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24V供电。子模块控制单元的供电电压、旁路开关储能电容器的电压与子模块运行电压存在较大的差异。
[0009]因此，如何结合换流阀模块运行电压，构建简洁、可靠的供电电路，实现子模块控制单元和旁路开关的可靠供电，是提高换流阀可靠性的关键。

技术实现思路

[0010]本申请旨在提供一种换流阀模块及换流阀，实现子模块控制单元和旁路开关的高可靠供电，保障换流阀的可靠运行。
[0011]根据本申请的一方面，提供一种换流阀模块，包括半导体开关单元、第一直流储能元件、旁路开关，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第三二极管、第四二极管、第一电源模块、DC/DC电源模块、子模块控制单元、开关控制单元；其中：
[0012]所述半导体开关单元包括第一出线端子和第二出线端子，正极端和负极端；
[0013]所述旁路开关电连接所述第一出线端子和所述第二出线端子；
[0014]所述开关控制单元包括第一储能电容和触发回路，所述第一储能电容与所述触发回路并联，所述触发回路与旁路开关相连；
[0015]所述第一直流储能元件一端电连接所述正极端，另一端电连接所述负极端；
[0016]所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻串连后一端电连接所述正极端，另一端电连接所述负极端；
[0017]所述第三二极管的正极电连接所述第一电阻和所述第二电阻串联引线，负极连接至所述DC/DC电源模块一端，所述DC/DC电源模块另一端电连接所述正极端；
[0018]所述第四二极管的正极电连接所述第二电阻和所述第三电阻串联引线，负极电连接至所述第一储能电容一端，所述第一储能电容另一端电连接所述负极端；
[0019]所述第一电源模块电连接所述半导体开关单元，电连接所述第一储能电容，电连接所述子模块控制单元；
[0020]所述DC/DC电源模块电连接所述子模块控制单元；
[0021]所述子模块控制单元连接所述触发回路，通过触发信号使触发回路工作。
[0022]根据一些实施例，所述半导体开关单元可以为半桥结构或全桥结构。
[0023]根据一些实施例，所述子模块控制单元连接所述触发回路可以通过电连接或光连接。根据一些实施例，所述半导体开关单元为半桥结构，包括第一出线端子、第二出线端子、正极端、负极端、第一可关断半导体、第二可关断半导体、第一续流二极管和第二续流二极管，其中：
[0024]所述第一可关断半导体与所述第一续流二极管反并联，所述第二可关断半导体与所述第二续流二极管反并联；
[0025]所述第一可关断半导体和所述第二可关断半导体同向串联；
[0026]所述第一续流二极管正极与所述第二续流二极管负极电连接；
[0027]所述第一续流二极管负极电连接正极端，所述第二续流二极管正极电连接负极端，所述第二续流二极管负极电连接所述第一出线端子，所述第二续流二极管正极电连接所述第二出线端子。
[0028]根据一些实施例，所述半导体开关单元为全桥结构，包括第一出线端子、第二出线端子、正极端、负极端、第一可关断半导体、第二可关断半导体、第三可关断半导体、第四可关断半导体、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管，其中：
[0029]所述第一可关断半导体与所述第一续流二极管反并联，所述第二可关断半导体与所述第二续流二极管反并联，所述第三可关断半导体与所述第三续流二极管反并联，所述第四可关断半导体与所述第四续流二极管反并联；
[0030]所述第一可关断半导体与所述第二可关断半导体同向串联，所述第一续流二极管正极电连接所述第二续流二极管负极，所述第三可关断半导体与所述第四可关断半导体同向串联，所述第三续流二极管正极电连接所述第四续流二极管负极；
[0031]所述第一续流二极管负极电连接所述第三续流二极管负极，所述第二续流二极管正极电连接所述第四续流二极管正极；
[0032]所述第一续流二极管负极电连接正极端，所述第二续流二极管电连接负极端，所述第二续流二极管负极电连接所述第一出线端子，所述第四续流二极管负极电连接所述第
二出线端子。
[0033]根据一些实施例，所述半导体开关单元的半导体器件采用IGBT器件。
[0034]根据一些实施例，所述半导体开关单元为半桥结构时，通过控制所述可关断半导体的开通和关断，出线端子间可以输出不同的电压，其中：
[0035]当所述第一可关断半导体开通，所述第二可关断半导体关断时，所述第一出线端子和所述第二出线端子间输出电压等于所述第一直流储能元件的电压；或当所述第二可关断半导体开通时，所述第一出线端子和所述第二出线端子间输出电压等于所述第二可关断半导体的通态压降，近似为0。
[0036]根据一些实施例，所述半导体开关单元为全桥结构时，通过控制所述可关断半导体的开通和关断，出线端子间可以输出不同的电压，其中：
[0037]当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种换流阀模块，其特征在于，包括半导体开关单元、第一直流储能元件、旁路开关，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第三二极管、第四二极管、第一电源模块、DC/DC电源模块、子模块控制单元、开关控制单元；其中：所述半导体开关单元包括第一出线端子和第二出线端子，正极端和负极端；所述旁路开关电连接所述第一出线端子和所述第二出线端子；所述开关控制单元包括第一储能电容和触发回路，所述第一储能电容与所述触发回路并联，所述触发回路与旁路开关相连；所述第一直流储能元件一端电连接所述正极端，另一端电连接所述负极端；所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻串连后一端电连接所述正极端，另一端电连接所述负极端；所述第三二极管的正极电连接所述第一电阻和所述第二电阻串联引线，负极连接至所述DC/DC电源模块一端，所述DC/DC电源模块另一端电连接所述正极端；所述第四二极管的正极电连接所述第二电阻和所述第三电阻串联引线，负极电连接至所述第一储能电容一端，所述第一储能电容另一端电连接所述负极端；所述第一电源模块电连接所述半导体开关单元，电连接所述触发回路，电连接所述子模块控制单元；所述DC/DC电源模块电连接所述子模块控制单元；所述子模块控制单元连接所述触发回路，通过触发信号使触发回路工作。2.根据权利要求1所述的换流阀模块，其特征在于，所述半导体开关单元可以为半桥结构或全桥结构。3.根据权利要求1所述的换流阀模块，其特征在于，所述子模块控制单元连接所述触发回路可以通过电连接或光连接。4.根据权利要求2所述的换流阀模块，其特征在于，所述半导体开关单元为半桥结构，包括第一出线端子、第二出线端子、正极端、负极端、第一可关断半导体、第二可关断半导体、第一续流二极管和第二续流二极管，其中：所述第一可关断半导体与所述第一续流二极管反并联，所述第二可关断半导体与所述第二续流二极管反并联；所述第一可关断半导体和所述第二可关断半导体同向串联；所述第一续流二极管正极与所述第二续流二极管负极电连接；所述第一续流二极管负极电连接正极端，所述第二续流二极管正极电连接负极端，所述第二续流二极管负极电连接所述第一出线端子，所述第二续流二极管正极电连接所述第二出线端子。5.根据权利要求2所述的换流阀模块，其特征在于，所述半导体开关单元为全桥结构，包括第一出线端子、第二出线端子、正极端、负极端、第一可关断半导体、第二可关断半导体、第三可关断半导体、第四可关断半导体、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管，其中：所述第一可关断半导体与所述第一续流二极管反并联，所述第二可关断半导体与所述第二续流二极管反并联，所述第三可关断半导体与所述第三续流二极管反并联，所述第四可关断半导体与所述第四续流二极管反并联；
所述第一可关断半导体与所述第二可关断半导体同向串联，所述第一续流二极管正极电连接所述第二续流二极管负极，所述第三可关断半导体与所述第四可关断半导体同向串联，所述第三续流二极管正极电连接所述第四续流二极管负极；所述第一续流二极管负极电连接所述第三续流二极管负极，所述第二续流二极管正极电连接所述第四续流二极管正极；所述第一续流二极管负极电连接正极端，所述第二续流二极管电连接负极端，所述第二续流二极管负极电连接所述第一出线端子，所述第四续流二极管负极电连接所述第二出线端子。6.根据权利要求2所述的换流阀模块，其特征在于，所述半导体开关单元的半导体器件采用IGBT器件。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜田贵，谢晔源，朱铭炼，段军，欧阳有鹏，姚宏洋，殷冠贤，汪涛，虞晓阳，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：