[发明专利]级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路

说明书

一种级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路，由强制旁路开关K_F、常闭触点继电器Q₁、常闭触点继电器Q₂、旁路电路充电电阻R₁、旁路电路储能电容C_F、旁路电路二极管D_X、旁路电路二极管D_Y构成。当子模块处于正常受控状态时，强制旁路电路中的强制旁路开关K_F处于断开状态，不影响子模块正常运行；当子模块因子模块取能电源、子模块控制板故障等处于失控状态时，强制旁路电路中的强制旁路开关自动闭合将子模块旁路，从而保护子模块电路，避免因子模块失控而影响整个级联多电平换流器的正常工作。

技术领域

本发明涉及一种级联多电平换流器子模块因内部的取能电源、控制电路等故障而失控的强制旁路电路。

背景技术

级联多电平换流器，如级联H桥型(cascaded H-bridge，CHB)换流器、模块化多电平换流器(modularmultilevel converter，MMC)等在高压大功率电能变换领域具有广泛的应用，例如高压交流输电、高压直流输电、无功补偿、谐波治理、智能电网等。

为了实现换流器的高可靠性，级联多电平换流器的基本单元—子模块一般都设计有自动旁路功能，即在子模块内部故障时将其旁路，以保护故障的子模块并避免影响其余的级联子模块正常运行。发明专利CN101378227B、CN101882863B等提出了全桥型子模块(或称功率单元)的旁路电路；发明专利CN103354231B、CN102801295A等提出了半桥型子模块的旁路电路。但是，子模块中的旁路功能一般由其内部的子模块控制板实现，当控制板出现故障，例如芯片损坏或者给子模块控制板供电的电源出现故障，则子模块将会处于失控状态，其自动旁路功能也会失效。当子模块控制板或者取能电源故障时，发明专利CN101378227B、CN101882863B中的晶闸管将无法获得子模块控制板的控制信号，也就无法触发晶闸管使子模块旁路；而发明专利CN103354231B、CN102801295A中的机械式旁路开关也无法获得子模块控制板的触发指令，子模块也无法旁路。

当级联多电平换流器长期运行时，其子模块内部的电源、控制板等由于老化等原因总是存在一定的失效概率。而当其故障之后将会导致子模块处于失控状态，使得子模块无法自动旁路，会直接影响整个换流器运行的可靠性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有级联多电平换流器现有子模块旁路的缺点，提出一种级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路。当子模块因内部取能电源、控制电路等故障而失控后，本发明可将其强制旁路，以提高级联多电平换流器系统运行的可靠性和安全性。

应用本发明级联多电平换流器子模块失控强制旁路电路的子模块一般由半导体开关电路、子模块旁路开关K_B、子模块储能电容C_SM、子模块取能电源和子模块控制板组成。子模块旁路开关K_B并联连接在子模块正极输出端子P和子模块负极输出端子N之间，子模块正极输出端子P和子模块负极输出端子N连接到半导体开关电路交流侧，半导体开关电路直流侧连接到子模块储能电容C_SM的正负极上，子模块取能电源的输入端并联连接到子模块储能电容C_SM的正负极上，子模块取能电源的输出端连接到子模块控制板为其提供电源。所述的子模块失控强制旁路电路由强制旁路开关K_F、第一常闭触点继电器Q₁、第二常闭触点继电器Q₂、旁路电路充电电阻R₁、旁路电路储能电容C_F、旁路电路二极管D_X、旁路电路二极管D_Y构成。