[发明专利]功率变流器中的半导体的保护有效

专利信息
申请号: 201680087221.4 申请日: 2016-06-28
公开(公告)号: CN109417348B 公开(公告)日: 2022-03-29
发明(设计)人: B·奥德加德;D·威斯;R·鲍曼 申请(专利权)人: 日立能源瑞士股份公司
主分类号: H02M1/36 分类号: H02M1/36;H02M1/32;H02M7/483
代理公司: 北京市汉坤律师事务所 11602 代理人: 王菲;张涛
地址: 瑞士*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 功率 变流器 中的 半导体 保护
【说明书】:

本公开涉及一种变流器装置,其包括:功率变流器(1);变流器端子(8),经由断路器(7)将变流器连接到AC市电(6);以及包括至少一个电容器的电容器装置(4),连接在变流器装置中、在至少一个变流器单元的开关的半导体与电源(6)之间,该电源(6)被配置用于在变流器的启动期间对单元开关的门极单元进行充电。电容器装置被配置为在变流器的启动期间保护单元开关的半导体免受电压浪涌的影响。

技术领域

本公开涉及用于保护功率变流器中的半导体免受电压浪涌的影响的设备和方法。

背景技术

模块化多电平功率变流器(MMC)(也称为链式链路变流器(CLC))包括串联连接在变流器分支或相支路中的多个变流器单元或变流器子模块,而变流器分支或相支路又可以布置为星形、三角形、直接或间接变流器拓扑。每个变流器单元以半桥或全桥电路的形式包括用于存储能量的电容器和用于将电容器连接到具有一个或两个极性的变流器分支的功率半导体开关(诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件、门极关断晶闸管(GTO)器件、集成门极换流晶闸管(IGCT)器件、或金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件)。MMC可以用于电力传输系统中,诸如静态同步补偿器(STATCOM)、直接或间接拓扑的变频器以及高压直流(HVDC)传输。

发明内容

本公开涉及在从DC链路进行充电期间变流器中的半导体开关(尤其是诸如集成门极换流晶闸管(IGCT)、反向导通IGCT(RC-IGCT)和双模式门极换流晶闸管(BGCT)的门极换流晶闸管)的未供电门极的有限dv/dt鲁棒性的问题。如果为晶闸管的门极单元供电的能量取自变流器的DC链路,则门极单元在DC链路充电的第一部分期间未被供电。如果变流器通过交流电(AC)从AC侧被充电,则在从0到0(反之亦然)的过零点之后,电流可以从一个续流二极管换向到另一续流二极管。这表示在换向期间可能会超过具有未供电门极单元的晶闸管的dv/dt极限。除此之外,在充电期间断开的弹跳断路器可能导致过大的dv/dt。根据本发明,提出了在变流器的输入端子处添加保护电容器装置以降低高dv/dt。保护电容器装置的定位可以根据要求和拓扑而变化。

如果门极单元未供电,则门极换流晶闸管具有相对较低的dv/dt承受能力。未供电和供电门极单元之间的dv/dt能力的差异可能在一个数量级的范围内。如果用于门极单元的功率来自DC链路,则门极单元未被供电,直到达到一定电压。在此期间,可能由例如电流的换向和/或断路器的弹跳引起过高的dv/dt,这可能破坏变流器中的半导体。为了避免这种情况,借助于使用电容器作为dv/dt滤波器和/或用半导体开关代替断路器,提出了对晶闸管的保护。

根据本发明的一个方面,提供了一种变流器装置,其包括:功率变流器;变流器端子,经由断路器将变流器连接到AC市电;以及包括至少一个电容器的电容器装置,连接在变流器装置中、在至少一个变流器单元的开关的半导体与电源之间,该电源被配置用于在变流器的启动期间对单元开关的门极单元进行充电。电容器装置被配置为在变流器的启动期间保护单元开关的半导体免受电压浪涌的影响。

根据本发明的另一方面,提供了一种用于保护功率变流器的单元开关中的半导体的方法。该方法包括在变流器的启动期间借助于电源为至少一个变流器单元的单元开关的门极单元供电。包括至少一个电容器的电容器装置连接在单元开关的半导体与电源之间。电容器装置在变流器的启动期间保护半导体免受电压浪涌的影响。

应当注意,在任何适当的情况下,任何方面的任何特征可以应用于任何其他方面。同样地,任何方面的任何优点可以适用于任何其他方面。根据以下详细公开内容、所附从属权利要求以及附图,所附实施例的其他目的、特征和优点将很清楚。

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