[发明专利]模块化DC消弧器

说明书

本公开的实施例涉及模块化DC消弧器。公开了一种包括至少两个电路装置的组件，其中至少两个电路装置中的每个电路装置包括具有第一和第二端子的电容器以及电开关元件，其中开关元件电连接在电容器的第一和第二端子之间，并且适于从外部被激活以将电容器短路并消耗存储在电容器中的能量。至少两个电路装置的电容器的第二端子被电连接，并且形成至少两个电路装置的组件的第二电连接端子，并且其中对于至少两个电路装置的每个电路装置，具有大于零的、复数电阻的幅度的阻抗的第一侧与至少两个电路装置的电容器的第一端子电连接。至少两个电路装置的上述阻抗的第二侧被电连接，以形成至少两个电路装置的组件的第一电连接端子。

技术领域

本申请属于功率变换器、特别是模块化多电平变换器(MMC)的领域。特别地，公开了在一个或多个单元中电故障的情况下用于改进MMC中使用的单元中的操作安全的设备和方法。

背景技术

MMC单元由开关组成。这些开关可以被布置在被称为半桥或全桥的装置中。作为开关，使用了半导体，特别是像IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的可以被布置在模块中的晶体管。

MMC单元中的故障半导体模块(例如IGBT模块)可能展现巨大破坏的高风险。在许多情况下，如果一个IGBT在半桥或全桥中失效，则相邻的IGBT能够清除由一个(或多个)DC母线电容器所导致的故障电流。然而，在有些情况中可能无法避免这种故障电流。

由于IGBT与DC母线之间的杂散电感可能被故意地设置为很低(为了实现可接受的变换器性能/IGBT集电极处的低瞬态过电压/低的IGBT开关损耗)、并且在单元DC电容器中存储的能量可能较高，因此预期的故障电流可能会非常高。

在没有任何对策的情况下，在IGBT模块内的焊线(将半导体片连接到金属触点的导线)将立即失效，从而导致电弧。该电弧将由储存在DC电容器中的高能量提供。这导致了IGBT模块的爆炸，从而造成巨大破坏。用以处理这个问题的困难性随着储存在DC电容器中的能量的增加而增加。

单元中的电容器的能量可以通过公式(E＝0.5CU²)计算。例如，在1000V的电压和10mF(毫法)的电容的电容器情况下，在任何破坏发生前，5000J(Ws)能量必须在微秒内消耗。

有若干克服这种问题的可能：利用压装半导体、利用保护环境免受爆炸有害影响的爆炸箱。这些要么只适用于高功率水平，要么增加了大量费用，而没有增加针对常规操作的功能性改进。

因此需要一种改进的解决方法，来解决上述问题。

发明内容

在第一方面，本发明可以公开一种包括至少两个电路装置的组件，其中至少两个电路装置中的每个电路装置包括：具有第一和第二端子的电容器、以及电开关元件，其中开关元件电连接在电容器的第一与第二端子之间，并且适于从外部被激活以将电容器短路并消耗存储在电容器中的能量，以及其中至少两个电路装置的电容器的第二端子被电连接，并且形成了至少两个电路装置的组件的第二电连接端子，以及其中对于至少两个电路装置的每个电路装置，具有大于零的、复数电阻的幅度的阻抗的第一侧可以与至少两个电路装置的电容器的第一端子电连接，以及其中至少两个电路装置的上述阻抗的第二侧被电连接，以形成至少两个电路装置的组件的第一电连接端子。

在另一方面，本发明可以公开一种模块化消弧器(crowbar)，该消弧器由根据本公开的各方面的组件形成。

在又一方面，本发明可以公开一种具有半桥或全桥拓扑的MMC单元，其中MMC单元可以适于与根据前述权利要求中任一项的消弧器装置或组件连接。

本发明的另一方面涉及可以一种多电平变换器/链式变换器，该多电平变换器/链式变换器可以包括单元，其中每个单元可以连接到根据本发明的各方面的组件或消弧器。

附图说明

本公开的实施例将以示例的形式呈现，并且在下文参照附图更详细地解释它们的优点，其中：