具有旁路功能的半桥功率转换器单元制造技术

本实用新型专利技术涉及一种半桥功率转换器单元，包括半桥转换器和被配置为与该半桥转换器的晶体管并联连接的至少两个开关元件，所述至少两个开关元件被配置为选择性地受到控制以当该半桥转换器被连接到另一个电子电路时电气地旁路该半桥转换器。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及具有旁路功能的半桥功率转换器单元。
技术介绍
传输和配电电网中所插入的甚高功率及高压转换器必须保证电网操作的连续性而不管其中一些它们的构成子单元中的故障。容易理解一旦电网运营商经历服务中断导致的实质的经济损失，则达到该特征的故障可能导致针对转换器供应商的巨大处罚和经济损失。从系统的观点看来，最严重的故障包括尽管构成该转换器的子单元之中的一些出现故障也不允许转换器电流几乎无改变地流动。该故障实际上强制整个转换器的禁止而伴随电网操作随后发生严重中断。 高功率和高压转换器必须具有这样一种模块化结构，该模块化结构的总体功能是通过基本子单元的动作来获得的。这样，基本子单元可以被视为是例如SVC(静态VAr补偿器)转换器中的H桥(或M2LC)单元或者甚至高压直流(HVDC)相脚的单个开关。一个该子单元对于由该转换器合成的总电压的电压贡献是通过设计选择的并且因此特意使其对于转换器的操作不重要。在少量的构成子单元故障时，其可以并且总是应该能够如基本上不超过它们的额定值的电压源那样工作。在使用于关于HVDC系统和灵活交流输电系统(FACTS)的应用的拓扑中，将希望即使在转换器的一部分受到故障的影响的情况下也允许工作。
技术实现思路
本技术的一个目的在于解决或者至少减轻本领域中的这些问题。在本技术的第一方面通过一种半桥功率转换器单元来实现该目的，该半桥功率转换器单元包括半桥转换器和至少两个开关元件，至少两个开关单元被配置为与所述半桥转换器的晶体管并联连接。至少两个开关元件被配置为选择性地受到控制以当半桥转换器被连接到另一个电子电路时电气地旁路半桥转换器。根据本技术的一个实施方式，被配置为并联连接的至少两个开关元件包括两个反并联晶闸管。根据本技术的一个实施方式，被配置为并联连接的所述至少两个开关元件包括与机械开关并联连接的反并联晶闸管。根据本技术的一个实施方式，半桥功率转换器单元还包括与所述反并联晶闸管串联连接的故障电流限流器。根据本技术的一个实施方式，在所述半桥转换器外部发生故障之后，所述反并联晶闸管被配置为受到控制以在一个时间周期内在两个方向上导通电流，在所述时间周期之后如果所述外部故障被清除则关闭所述反并联晶闸管，而所述机械开关受到控制以保持打开。根据本技术的一个实施方式，在所述半桥转换器外部发生故障之后，所述反并联晶闸管被配置为受到控制以在一个时间周期内在两个方向上导通电流，在所述时间周期之后如果所述半桥转换器的晶体管被破坏则所述机械开关受到控制以关闭。根据本技术的一个实施方式，在所述半桥转换器内部发生故障之后，所述反并联晶闸管被配置为受到控制以在一个时间周期内在两个方向上导通电流，在所述时间周期之后所述机械开关受到控制以关闭。根据本技术的一个实施方式，半桥功率转换器单元还包括被配置为检测在所述半桥转换器中流动的短路电流的电流传感器，所述检测的短路电流指示故障的发生。根据本技术的另一方面，提供一种半桥功率转换器单元装置，包括如上所述的至少两个串联连接的半桥转换器单元。根据本技术的另一方面，提供一种全桥功率转换器设备，包括如上所述的两个并联连接的半桥功率转换器单元，结果所得的至少两对反并联晶闸管被配置为选择性地 受到控制以当所述全桥功率转换器设备被连接到另一个电子电路时电气地旁路所述全桥功率转换器设备。根据本技术的另一方面，提供一种全桥功率转换器设备，包括如上所述的半桥功率转换器单元以及连接到所述机械开关和所述反并联晶闸管的另一个半桥转换器。根据本技术的一个实施方式，全桥功率转换器设备还包括被配置为检测在所述另一个半桥转换器中流动的短路电流的第二组电流传感器，所述检测的在所述第二半桥转换器中流动的短路电流指示故障的发生。在学习了所附权利要求和下文的描述之后，本技术的另外的特征和优点将变得显而易见。本领域的熟练技术人员认识到可以组合本技术的不同特征以产生与下文所述的那些实施方式不同的实施方式。附图说明现在将参考附图以示例的方式来描述本技术，其中图I显示了根据本技术的实施方式的半桥功率转换器单元；图2显示了本技术的另一个实施方式，该实施方式显示了串联连接的多个半桥转换器单元；图3显示了本技术的另一个实施方式，该实施方式显示了两个并联连接的半桥转换器单元以实现全桥转换器拓扑；图4示出了连接在根据本技术的实施方式的链接中的两个全桥转换器；图5示出了根据本技术的又另一个实施方式的半桥功率转换器单元；图6示出了根据图5的半桥功率转换器单元，在该半桥功率转换器单元中发生直通(shoot-through)形式的内部故障；图7示出了根据图5的半桥功率转换器单元，对于该半桥功率转换器单元发生外部故障；图8示出了根据本技术的另一个实施方式，在该实施方式中扩展图5的半桥转换器单元以产生全桥功率转换器；图9示出了根据图7的全桥功率转换器，在该全桥功率转换器中发生直通形式的内部故障；以及图10示出了根据图7的全桥功率转换器，对于该全桥功率转换器发生外部故障。具体实施方式下文将参考附图来更完整地描述本技术，其中在附图中显示了本技术的某些实施方式。但是本技术可以实施为许多不同的方式并且不应该被理解为限于本文所述的实施方式；而是作为示例的方式来提供这些实施方式以使得本文的公开变得彻底和完整并且向本领域技术人员完整地传达本技术的范围。图I显示了根据本技术的一个实施方式的半桥功率转换器单元100。该半桥功率转换器单元包括半桥转换器101 (包括例如以晶体管104、105形式的两个串联连接的 有源半导体以及与该两个晶体管并联连接的电容器)以及与半桥转换器101的晶体管104并联连接的至少两个反并联晶闸管102、103。晶闸管102、103因此可以选择性地受到控制以当该转换器被连接到另一个电路时电气地旁路该半桥转换器101。该晶闸管是这样一种双向开关，使得该双向开关当将电流施加到它的栅极时进行导通并且只要其被前向偏置就进行导通。因此可以通过施加合适的栅极信号使得两个反并联晶闸管在任意选定方向中进行导通。此外，由于晶闸管具有切换高功率信号的能力而在HV应用中有利地使用晶闸管。图2显示了本技术的另一个实施方式，其中显示了多个串联连接的半桥转换器单元100:1、100:2、100:3。该反并联晶闸管对在其中一个该单元(即图2中的半桥功率转换器单元100:2)的一部分失灵或故障的情况中允许继续工作。包括串联连接的单元100:1,100:2,100:3的转换器臂/支路可以通过向晶闸管100:2施加合适的栅极电流来继续进行工作，从而使其进行导通并且旁路/短路半桥转换器101:2。图3显示了本技术的另一个实施方式，其中显示了两个并联连接的半桥转换器单元100:1、100:2以实现全桥转换器拓扑200(又叫做链接配置)的。与图I类似，结果所得的至少两对反并联晶闸管102:1、103:1以及102: 2、103:2分别被配置为选择性地受到控制以当该全桥功率转换器设备被连接到另一个电子电路时电气地旁路该全桥功率转换器设备200。图4示出了连接在根据本技术的实施方式的链接中的两个全桥转换器200:1、200:2，其中显示由于晶闸管对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半桥功率转换器单元(100)，其特征在于包括：半桥转换器(101)；至少两个开关元件(102、103)，被配置为与所述半桥转换器的晶体管(104、105)并联连接，所述至少两个开关元件被配置为选择性地受到控制以当所述半桥转换器被连接到另一个电子电路时电气地旁路所述半桥转换器。

【技术特征摘要】
1.一种半桥功率转换器单元(100)，其特征在于包括 半桥转换器(101)； 至少两个开关元件(102、103)，被配置为与所述半桥转换器的晶体管(104、105)并联连接，所述至少两个开关元件被配置为选择性地受到控制以当所述半桥转换器被连接到另一个电子电路时电气地旁路所述半桥转换器。2.如权利要求I所述的半桥功率转换器单元(100)，其特征在于，被配置为并联连接的所述至少两个开关元件(102、103)包括两个反并联晶闸管。3.如权利要求I所述的半桥功率转换器单元(300)，其特征在于，被配置为并联连接的所述至少两个开关元件包括与机械开关(303)并联连接的反并联晶闸管(304)。4.如权利要求3所述的半桥功率转换器单元(300)，其特征在于还包括与所述反并联晶闸管(304)串联连接的故障电流限流器(305)。5.如权利要求3或4中的任意一个所述的半桥功率转换器单元(300)，其特征在于，在所述半桥转换器(101)外部发生故障之后，所述反并联晶闸管(304)被配置为受到控制以在一个时间周期tp内在两个方向上导通电流，在所述时间周期tp之后如果所述外部故障被清除则关闭所述反并联晶闸管，而所述机械开关(303)受到控制以保持打开。6.如权利要求3或4中的任意一个所述的半桥功率转换器单元(300)，其特征在于，在所述半桥转换器(101)外部发生故障之后，所述反并联晶闸管(304)被配置为受到控制以在一个时间周期tp内在两个方向上导通电流，在所述时间周期tp之后如果所述半桥转换器的晶体管(104、105)被破坏则所述机械开关(303)受到控制以关...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·奇门托，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：实用新型
国别省市：