[发明专利]一种功率模块冗余取能电路及控制方法

说明书

本发明公开一种功率模块冗余取能电路，功率模块包括至少一个功率半导体器件、第一电容C1、第一旁路开关K1；本发明冗余取能电路包括第一稳压管VD1、第二稳压管VD2、第二开关K2、第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2、电源板卡和控制板卡；电源板卡从电容C1上获取能量，并向控制板卡提供电源，向电容C2充电；控制板卡通过触发开关K2来控制旁路开关K1的合闸。本发明方案在电源板卡故障时，利用第一稳压管的击穿特性为电容C2充电，利用第二稳压管的击穿特性为开关K2提供触发命令，实现电源板卡故障情况下旁路开关的可靠旁路，避免了功率模块电源板卡故障条件下的设备停运，方案成本低，可靠性高。

技术领域

本发明属于电力电子领域，特别涉及一种功率模块冗余取能电路及控制方法。

背景技术

电压源型换流器技术是一种以可关断器件IGBT(绝缘栅双极晶体管)和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型换流技术。在低压应用场合，由IGBT构成的两电平换流器得到了广泛的应用，为解决其换流器输出电压高频跃变，由此带来设备dv/dt应力大、系统损耗大、噪声高和电磁环境严酷等问题，三电平电压源换流器被提出，在电压等级和容量上扩展了电压源型换流器的应用场合。

随着模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的出现，多电平换流器在柔性直流输电领域也得到了成功的应用，电压等级达到数百千伏，容量达到数千兆。

电压源型换流器由大量功率模块串联而成，当功率模块发生故障时闭合旁路开关，将故障单元切除，系统不停运。然而，功率模块内部的取能板卡如果出现故障，则控制板卡无法正常工作，且旁路开关的触发回路不能工作，因此功率模块无法成功旁路，致使系统停运。因此，如何提高功率模块的取能可靠性，保证旁路开关的可靠合闸，成为提高电压源型换流器成套设备可靠性的关键技术因素。

发明专利CN201710228027.X提出了一种多电平换流器子模块旁路开关自触发电路，利用旁路开关两端电压给旁路开关的电容充电，从而提供旁路开关的合闸能量。其电路实质是旁路开关电容Cc串联电阻R1后与子模块电容Csm并联，而旁路开关电容容值一般为数百微法，子模块电容Csm一般为数毫法至十几毫法，因此难以保证旁路开关电容充电至额定值和子模块电容不过压两者兼顾；进一步的，如果子模块取能电源发生故障，则子模块控制板也不能工作，无法提供旁路开关合闸命令；在该种情况下如果采用所述常闭点K2串入旁路开关电容与触点控制线圈回路，则会造成旁路开关电容被短路，无法充电。因此采用该方案，在子模块取能电源故障时存在子模块电容过压损坏和旁路开关无法合闸的风险。

鉴于以上分析，本发明人提出一种功率模块冗余取能电路及控制方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种功率模块冗余取能电路及控制方法。本发明用于电压源型换流器，可以在换流器功率模块取能板卡发生故障时，提供另外一条取能路径，并确保功率模块的旁路开关可靠合闸，减小系统停运的概率，在经济性和技术性上均有较好表现。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种功率模块冗余取能电路，所述功率模块包括至少一个功率半导体器件、第一电容C1、第一旁路开关K1；所述取能电路包括第一稳压管VD1、第二稳压管VD2、第二开关K2、第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2、电源板卡和控制板卡；所述第一稳压管VD1的阴极与第一电容C1的正极相连，阳极串入第一电阻R1后与第二电容C2的正极相连，第二电容C2的负极与电容C1的负极相连；所述第二稳压管VD2的阴极与第一电容C1的正极相连，阳极与第二电阻R2相连，第二电阻R2的另一端与第一电容C1的负极相连；所述第一旁路开关K1并联在功率模块的x1端子和x2端子之间；所述电源板卡从电容C1上获取能量，并向控制板卡提供电源以及向第二电容C2充电；所述控制板卡通过触发第二开关K2来控制第一旁路开关K1的合闸。