本發(fā)明涉及一種多電平換流器，特別是h橋型多電平變流器、模塊化多電平變流器等級聯(lián)式多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路。

背景技術(shù)：

模塊化多電平換流器(modularmultilevelconverter，mmc)、級聯(lián)h橋型(cascadedh-bridge，chb)換流器等級聯(lián)型多電平換流器在高壓大容量電能變換中具有廣泛用途，例如高壓直流輸電、高壓交流輸電、無功補償裝置、諧波補償裝置、智能電網(wǎng)系統(tǒng)等。

為了實現(xiàn)換流器運行的高可靠性，級聯(lián)多電平換流器的基本功率單元，即子模塊一般都設計有自動旁路功能，即在子模塊內(nèi)部故障時通過內(nèi)部的旁路開關(guān)將其旁路，以保護故障的子模塊并避免影響其余的級聯(lián)子模塊正常運行。發(fā)明專利cn101378227b、cn101882863b等提出了全橋型子模塊(或稱功率單元)的旁路電路；發(fā)明專利cn103354231b、cn102801295a等提出了半橋型子模塊的旁路電路。但是，子模塊中的旁路功能一般由其內(nèi)部的子模塊控制板實現(xiàn)，當控制板出現(xiàn)故障，例如芯片損壞或者給子模塊控制板供電的電源出現(xiàn)故障，則子模塊將會處于失控狀態(tài)，其自動旁路功能也會失效。當子模塊控制板或者取能電源故障時，發(fā)明專利cn101378227b、cn101882863b中的晶閘管將無法獲得子模塊控制板的控制信號，也就無法觸發(fā)晶閘管使子模塊旁路；而發(fā)明專利cn103354231b、cn102801295a中的機械式旁路開關(guān)也無法獲得子模塊控制板的觸發(fā)指令，子模塊也無法旁路。另外，發(fā)明專利cn103066804中的子模塊旁路開關(guān)接口電路在供電電源故障或晶閘管失效、觸發(fā)晶閘管的控制系統(tǒng)故障或電源故障時均無法正常觸發(fā)旁路開關(guān)。采用該方案觸發(fā)子模塊旁路開關(guān)時，子模塊存在內(nèi)部故障后無法旁路的風險。

當級聯(lián)多電平換流器長期運行時，其子模塊內(nèi)部的電源、控制板等由于老化等原因總是存在一定的故障或失效概率。當其故障之后將會導致子模塊處于失控狀態(tài)，而現(xiàn)有的技術(shù)下，旁路開關(guān)或者旁路電路此時均無法自動旁路，直接影響整個換流器運行的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有多電平換流器現(xiàn)有子模塊旁路的缺點，提出一種多電平換流器子模塊旁路開關(guān)的自觸發(fā)電路。當子模塊因內(nèi)部取能電源、控制電路等故障之后，本發(fā)明可將旁路開關(guān)自動觸發(fā)并實現(xiàn)子模塊輸出端子的自動旁路，可以提高多電平換流器運行的可靠性和安全性。

應用本發(fā)明多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路的多電平換流器子模塊，一般由半導體開關(guān)電路、子模塊旁路開關(guān)kb、子模塊儲能電容csm、子模塊取能電源和子模塊控制板組成。子模塊旁路開關(guān)kb并聯(lián)連接在子模塊正極輸出端子p和子模塊負極輸出端子n之間，子模塊正極輸出端子p和子模塊負極輸出端子n連接到半導體開關(guān)電路的交流側(cè)，半導體開關(guān)電路的直流側(cè)連接到子模塊儲能電容csm的正負極上，子模塊取能電源的輸入端并聯(lián)連接到子模塊儲能電容csm的正負極上，子模塊取能電源的控制電源輸出為子模塊控制板提供電源，子模塊取能電源的旁路電源輸出為子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路提供電源，其特征在于：所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路由旁路電路充電二極管dc、旁路電路充電電阻r1、第一常閉觸點開關(guān)k1、第二常閉觸點開關(guān)k2、常開觸點開關(guān)k3，以及旁路電路儲能電容cc構(gòu)成。所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路與多電平換流器子模塊之間通過電氣線路及控制線路相連；旁路電路充電二極管dc的陽極連接到子模塊正極輸出端子p，旁路電路充電電阻r1連接在充電二極管dc的陰極和第一常閉觸點開關(guān)k1的一個觸點之間，第一常閉觸點開關(guān)k1的另外一個觸點連接到旁路電路儲能電容cc的正極，旁路電路儲能電容cc的負極通過三根電線分別連接到子模塊正極輸出端子n、子模塊旁路開關(guān)kb觸點控制線圈的負極和子模塊取能電源的旁路電源輸出端負極上，第二常閉觸點開關(guān)k2的兩個觸點和常開觸點開關(guān)k3的兩個觸點并聯(lián)連接在一起，常開觸點開關(guān)k3的一個觸點連接到旁路電路儲能電容cc的正極，常開觸點開關(guān)k3的另一個觸點連接到子模塊旁路開關(guān)kb觸點控制線圈的正極。

所述的多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中，當多電平換流器子模塊中的子模塊取能電源和子模塊控制板均處于正常狀態(tài)時，子模塊控制板通過控制線路令第一常閉觸點開關(guān)k1和第二常閉觸點開關(guān)k2均處于斷開狀態(tài)，子模塊旁路開關(guān)的觸點由子模塊控制板進行控制。

所述的多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中，當多電平換流器子模塊因子模塊取能電源故障、子模塊控制板故障等無法控制旁路開關(guān)觸點時，子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路的第一常閉觸點開關(guān)k1和第二常閉觸點開關(guān)k2因無法獲得子模塊控制板發(fā)出的開斷信號而自動處于閉合狀態(tài)，使得子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中的旁路電路儲能電容cc通過旁路電路充電電阻r1、旁路電路充電二極管dc一直充電，當旁路電路儲能電容cc的電壓達到子模塊旁路開關(guān)kb的工作電壓則旁路開關(guān)kb實現(xiàn)了自動閉合，達到了不影響多電平換流器其余子模塊正常運行的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路；

圖2為本發(fā)明應用于子模塊中的半導體開關(guān)電路為半橋型時的電路原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式進一步說明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路，由旁路電路充電二極管dc、旁路電路充電電阻r1、第一常閉觸點開關(guān)k1、第二常閉觸點開關(guān)k2、常開觸點開關(guān)k3，以及旁路電路儲能電容cc構(gòu)成。所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路與多電平換流器子模塊之間通過電氣線路及控制線路相連；旁路電路充電二極管dc的陽極連接到子模塊正極輸出端子p，旁路電路充電電阻r1連接在充電二極管dc的陰極和第一常閉觸點開關(guān)k1的一個觸點之間，第一常閉觸點開關(guān)k1的另外一個觸點連接到旁路電路儲能電容cc的正極，旁路電路儲能電容cc的負極通過三根電線分別連接到子模塊正極輸出端子n、子模塊旁路開關(guān)kb觸點控制線圈的負極和子模塊取能電源的旁路電源輸出端負極上，第二常閉觸點開關(guān)k2的兩個觸點和常開觸點開關(guān)k3的兩個觸點并聯(lián)連接在一起，常開觸點開關(guān)k3的一個觸點連接到旁路電路儲能電容cc的正極，常開觸點開關(guān)k3的另一個觸點連接到子模塊旁路開關(guān)kb觸點控制線圈的正極。

圖2為本發(fā)明應用于半橋型子模塊，即子模塊中的半導體開關(guān)電路為半橋型時的電路原理圖。該半橋型子模塊由半導體開關(guān)器件s1、s2、二極管d1、d2、子模塊旁路開關(guān)kb、子模塊儲能電容csm、子模塊取能電源和子模塊控制板組成。所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路由旁路電路充電二極管dc、旁路電路充電電阻r1、第一常閉觸點開關(guān)k1、第二常閉觸點開關(guān)k2、常開觸點開關(guān)k3，以及旁路電路儲能電容cc構(gòu)成。

所述的半橋型子模塊中的半導體開關(guān)器件s1的發(fā)射極和s2的集電極連接在一起，作為子模塊的輸出端子p；半導體開關(guān)器件s2的發(fā)射極連接到子模塊儲能電容csm的負極，半導體開關(guān)器件s1的集電極連接子模塊儲能電容csm的正極，子模塊儲能電容csm的負極作為子模塊的輸出端子n；子模塊旁路開關(guān)kb并聯(lián)連接到子模塊輸出端子p和n之間；二極管d1的陰極連接到半導體開關(guān)器件s1的集電極，二極管d1的陽極連接到半導體開關(guān)器件s1的發(fā)射極，二極管d2的陰極連接到半導體開關(guān)器件s2的集電極，二極管d2的陽極連接到半導體開關(guān)器件s2的發(fā)射極；子模塊取能電源的輸入端并聯(lián)連接到子模塊儲能電容csm的正負極上，子模塊取能電源的控制電源輸出為子模塊控制板提供電源，子模塊取能電源的旁路電源輸出為子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路提供電源。

所述的子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路與多電平換流器子模塊之間通過電氣線路及控制線路相連；旁路電路充電二極管dc的陽極連接到子模塊正極輸出端子p，旁路電路充電電阻r1連接在充電二極管dc的陰極和，第一常閉觸點開關(guān)k1的一個觸點之間，第一常閉觸點開關(guān)k1的另外一個觸點連接到，旁路電路儲能電容cc的正極，旁路電路儲能電容cc的負極通過三根電線分別連接到子模塊正極輸出端子n、子模塊旁路開關(guān)kb觸點控制線圈的負極和子模塊取能電源的旁路電源輸出端負極上，第二常閉觸點開關(guān)k2的兩個觸點和常開觸點開關(guān)k3的兩個觸點并聯(lián)連接在一起，常開觸點開關(guān)k3的一個觸點連接到旁路電路儲能電容cc的正極，常開觸點開關(guān)k3的另一個觸點連接到子模塊旁路開關(guān)kb觸點控制線圈的正極。

所述的多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中，當多電平換流器子模塊中的子模塊取能電源和子模塊控制板均處于正常狀態(tài)時，子模塊控制板通過控制線路令第一常閉觸點開關(guān)k1和第二常閉觸點開關(guān)k2均處于斷開狀態(tài)，子模塊旁路開關(guān)的觸點由子模塊控制板進行控制。

所述的多電平換流器子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中，當多電平換流器子模塊因子模塊取能電源故障或子模塊控制板故障等無法控制旁路開關(guān)觸點時，子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路的第一常閉觸點開關(guān)k1和第二常閉觸點開關(guān)k2因無法獲得子模塊控制板發(fā)出的開斷信號而自動處于閉合狀態(tài)，使得子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中的旁路電路儲能電容cc通過旁路電路充電電阻r1、旁路電路充電二極管dc一直充電，當旁路電路儲能電容cc的電壓達到子模塊旁路開關(guān)kb的工作電壓則旁路開關(guān)kb實現(xiàn)了自動閉合，達到了不影響多電平換流器其余子模塊正常運行的目的。

通過調(diào)整子模塊旁路開關(guān)自觸發(fā)電路中旁路充電電阻r1的阻值，可以調(diào)整旁路電路儲能電容cc開始充電到旁路開關(guān)kb閉合的時間長短，以滿足不同的設計需求。本發(fā)明也適用于子模塊中的半導體開關(guān)電路為全橋型、逆阻型等類型的電路。