【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种柔性直流换流阀用桥臂切换开关，属于高压柔性直流输电。
技术介绍
1、柔性直流输电(vsc-hvdc)是继交流输电、常规直流输电之后的新一代直流输电技术。
2、随着大规模新能源直流输电工程的发展，尤其是海上风电柔直送出工程对换流阀紧凑化、轻型化的迫切需求，常规模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)设备占地面积大、重量大、成本高等问题亟需解决。而桥臂复用型mmc拓扑结构的提出，提高了紧凑化、轻型化mmc的工程可行性，基于该拓扑结构的mmc设备的子模块利用率提升至66.7％，电容使用量降低25％，因此桥臂复用型mmc较传统mmc在重量及成本方面均有所降低。
3、其中，作为桥臂复用型mmc的重要组成部分——桥臂复用切换开关(桥臂切换开关)，其工作的稳定性及可靠性直接影响到桥臂复用型mmc运行的稳定性和可靠性。现有的桥臂复用型mmc用切换开关包括串联的通断单元和耐压单元，其中，通断单元常采用机械开关或反向串联的igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶闸管)单元或者由igbt单元和二极管整流桥构成，耐压单元常采用反向串联的igbt单元或者由igbt单元和二极管整流桥构成。
4、现有关于桥臂复用型mmc用切换开关拓扑结构的研究以igbt直串或igct(integrated gate-commutated thyristor，集成门极换流晶闸管)直串为主，igbt直串的拓扑结构存在损耗大、动态均
5、公布号为cn114665733a的专利申请文件公布了一种复用型桥臂交替导通多电平换流器及其控制方法，包括上桥臂、复用桥臂、下桥臂和桥臂切换开关组；上桥臂和下桥臂分别为第一引导开关和第二引导开关，桥臂切换开关组包括第一桥臂切换开关和第二桥臂切换开关，复用桥臂的两端通过第一引导开关和第二引导开关连接至直流侧端口，复用桥臂两端的交流输出端口通过桥臂切换开关组连接至交流电网；第一引导开关和第二桥臂切换开关为复用上桥臂导通开关组，第二引导开关和第一桥臂切换开关为复用下桥臂导通开关组，两组开关组交替导通，在每相相电压过零点且滞后设定的导通移相角后切换该相复用导通模式。其中，第一桥臂切换开关和第二桥臂切换开关均采用单向耐压型桥臂切换开关，单向耐压型桥臂切换开关包括若干个串联的igbt开关单元，且至少有一个igbt开关单元反向串联。而直串式的igbt存在动态均压问题，即在igbt反向串联的结构中，至少两个igbt的开通时间会有所差异,从而导致电压分布不均，引起器件损坏，即无法保证igbt开通或关断瞬态时各元件间电压分配的均衡。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种柔性直流换流阀用桥臂切换开关，用以解决现有的桥臂切换开关存在动态均压的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
3、本专利技术的一种柔性直流换流阀用桥臂切换开关，包括互锁并联的第一切换支路和第二切换支路，第一切换支路的一端用于连接上桥臂和复用桥臂串联的第一连接点，另一端用于连接交流侧接入点；第二切换支路的一端用于连接下桥臂和复用桥臂串联的第二连接点，另一端用于连接交流侧接入点；第一切换支路和第二切换支路均包括串联的通断单元和耐压单元，通断单元和耐压单元分别并联有缓冲回路，以分别均衡第一切换支路和第二切换支路的电压分配。
4、上述技术方案的有益效果为：本专利技术在现有的通断单元和耐压单元上分别并联缓冲回路，通过缓冲回路在对应切换支路中的开关器件开通或关断瞬态时均衡第一切换支路和第二切换支路的电压分配，有效减少开关器件的开关损耗。
5、进一步地，缓冲回路包括静态均压电阻，静态均压电阻并联有串联的第一电阻和用于储能的电容。
6、上述技术方案的有益效果为：本专利技术的缓冲回路采用静态均压电阻和串联的第一电阻和电容，静态均压电阻与串联的第一电阻和电容并联，其中，静态均压电阻主要保证器件关断时的自然均压；电容用于在器件关断时储存能量为控制回路供能，还用于吸收开关器件关断时的瞬时过冲能量；第一电阻主要作用是在器件开通时作为电容能量释放的通路；由于igbt及晶闸管控制单元供电功率较小，能够采用从阻尼电容上取能的方式实现自取能，具体通过电容自身的储能特性，能够为通断单元和耐压单元的开关器件的控制单元提供所需电能。
7、进一步地，第一切换支路的通断单元包括正向igbt阀，第二切换支路的通断单元包括反向igbt阀。
8、上述技术方案的有益效果为：本专利技术的第一切换支路的通断单元采用正向igbt阀，第二切换支路的通断单元采用反向igbt阀，通过利用igbt自身的全控性，能够实现快速控制，为桥臂复用型mmc提供可靠的切换开关。
9、进一步地，正向igbt阀包括单级正向igbt，单级正向igbt并联有用于提供续流回路的第一二极管,第一二极管作为单级正向igbt的反并联二极管；单级正向igbt的导通方向与第一连接点至交流侧接入点的电流流向相同；反向igbt阀包括单级反向igbt，单级反向igbt并联有用于提供续流回路的第二二极管,第二二极管作为单级反向igbt的反并联二极管；单级反向igbt的导通方向与第二连接点至交流侧接入点的电流流向相反。
10、上述技术方案的有益效果为：本专利技术的正向igbt阀采用单级正向igbt和作为单级正向igbt的反并联二极管；本专利技术的反向igbt阀采用单级反向igbt和作为单级反向igbt的反并联二极管，通过利用单级igbt的强迫换流功能，实现切换开关工作模式的可控切换；并通过采用单级igbt，减少igbt的串联级数，有效降低通断单元的成本，进而降低切换开关的成本，并减小了切换开关的体积。其中，反并联二极管用于提供续流回路。
11、进一步地，单级正向igbt还并联有第一避雷器，以用于保护电气设备免受高瞬态电压危害并限制续流时间；单级反向igbt还并联有第二避雷器，以用于保护电气设备免受高瞬态电压危害并限制续流时间。
12、上述技术方案的有益效果为：本专利技术的单级正向igbt还并联有第一避雷器，单级反向igbt还并联有第二避雷器，第一避雷器和第二避雷器作为过电压保护器，用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间，为桥臂复用型mmc提供可靠的切换开关。
13、进一步地，第一切换支路的耐压单元包括正向晶闸管阀，第二切换支路的耐压单元包括反向晶闸管阀。
14、上述技术方案的有益效果为：本专利技术的第一切换支路的耐压单元采用正向晶闸管阀，第二切换支路的耐压单元采用反向晶闸管阀，通过利用晶闸管的高耐压水平，有效提高耐压单元的耐压水平，并在承受相同复用桥臂级联电压的情况下可以有效减少开关器件的串联级数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性直流换流阀用桥臂切换开关，包括互锁并联的第一切换支路和第二切换支路，所述第一切换支路的一端用于连接上桥臂和复用桥臂串联的第一连接点，另一端用于连接交流侧接入点；所述第二切换支路的一端用于连接下桥臂和复用桥臂串联的第二连接点，另一端用于连接交流侧接入点；所述第一切换支路和第二切换支路均包括串联的通断单元和耐压单元，其特征在于，所述通断单元和耐压单元分别并联有缓冲回路，以分别均衡第一切换支路和第二切换支路的电压分配。
2.根据权利要求1所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述缓冲回路包括静态均压电阻，所述静态均压电阻并联有串联的第一电阻和用于储能的电容。
3.根据权利要求1或2所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述第一切换支路的通断单元包括正向IGBT阀，所述第二切换支路的通断单元包括反向IGBT阀。
4.根据权利要求3所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述正向IGBT阀包括单级正向IGBT，所述单级正向IGBT并联有用于提供续流回路的第一二极管,所述第一二极管作为单级正向IGBT的反并联二极管；
5.根据权利要求4所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述单级正向IGBT还并联有第一避雷器，以用于保护电气设备免受高瞬态电压危害并限制续流时间；所述单级反向IGBT还并联有第二避雷器，以用于保护电气设备免受高瞬态电压危害并限制续流时间。
6.根据权利要求1或2所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述第一切换支路的耐压单元包括正向晶闸管阀，所述第二切换支路的耐压单元包括反向晶闸管阀。
7.根据权利要求6所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述正向晶闸管阀包括若干个导通方向与第一连接点至交流侧接入点的电流流向相同且串联的单级正向晶闸管，所述单级正向晶闸管上并联有用于提供续流回路的第三二极管，所述第三二极管作为单级正向晶闸管的反并联二极管；所述反向晶闸管阀包括若干个导通方向与第二连接点至交流侧接入点的电流流向相反且串联的单级反向晶闸管，所述单级反向晶闸管上并联有用于提供续流回路的第四二极管，所述第四二极管作为单级反向晶闸管的反并联二极管。
8.根据权利要求7所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述单级正向晶闸管的个数为桥臂复用级联电压与单级正向晶闸管的耐压水平的向上取整的比值；所述单级反向晶闸管的个数为桥臂复用级联电压与单级反向晶闸管的耐压水平的向上取整的比值。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性直流换流阀用桥臂切换开关，包括互锁并联的第一切换支路和第二切换支路，所述第一切换支路的一端用于连接上桥臂和复用桥臂串联的第一连接点，另一端用于连接交流侧接入点；所述第二切换支路的一端用于连接下桥臂和复用桥臂串联的第二连接点，另一端用于连接交流侧接入点；所述第一切换支路和第二切换支路均包括串联的通断单元和耐压单元，其特征在于，所述通断单元和耐压单元分别并联有缓冲回路，以分别均衡第一切换支路和第二切换支路的电压分配。
2.根据权利要求1所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述缓冲回路包括静态均压电阻，所述静态均压电阻并联有串联的第一电阻和用于储能的电容。
3.根据权利要求1或2所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述第一切换支路的通断单元包括正向igbt阀，所述第二切换支路的通断单元包括反向igbt阀。
4.根据权利要求3所述的柔性直流换流阀用桥臂切换开关，其特征在于，所述正向igbt阀包括单级正向igbt，所述单级正向igbt并联有用于提供续流回路的第一二极管,所述第一二极管作为单级正向igbt的反并联二极管；所述单级正向igbt的导通方向与第一连接点至交流侧接入点的电流流向相同；所述反向igbt阀包括单级反向igbt，所述单级反向igbt并联有用于提供续流回路的第二二极管,所述第二二极管作为单级反向igbt的反并联二极管；所述单级反向ig...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩坤，李书亚，夏克鹏，刘堃，户永杰，刘路路，张磊，司志磊，王迪，李成渝，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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