一种MMC子模块双线圈旁路开关触发装置的制作方法

一种mmc子模块双线圈旁路开关触发装置
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种mmc子模块双线圈旁路开关触发装置。


背景技术：

2.模块化多电平换流器技术已成为柔性直流工程建设的主流技术路线，其换流阀桥臂通常由上百个mmc柔直子模块串联组成，mmc子模块拓扑结构如图1所示，旁路开关k用于对mmc子模块进行旁路保护，其主接点与子模块输出端口并联，子模块正常工作时旁路开关k的主接点为开路，当子模块出现故障时，旁路开关k的主接点快速闭合，旁路故障子模块，使系统保持正常运行；一旦旁路开关k无法可靠闭合，将导致故障进一步扩大，最终要求整个系统跳闸停机。因此，在mmc子模块故障工况下，尤其是因子模块故障而导致旁路开关常规触发回路失效的情况下，确保旁路开关能够可靠闭合至关重要。


技术实现要素：

3.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种mmc子模块双线圈旁路开关触发装置以及采用该装置的mmc子模块，通过设置常规触发回路和备用触发回路，保证了旁路开关常规触发回路因mmc子模块主控板或高压电源失效而无法正常工作的情况下，仍能够通过备用触发回路触发旁路开关导通，使故障mmc子模块被可靠旁路，提升了柔性直流输电换流阀运行的可靠性。
4.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种mmc子模块双线圈旁路开关触发装置，包括：旁路开关、常规触发回路和备用触发回路；
5.所述常规触发回路和备用触发回路均与旁路开关连接，用于为旁路开关闭合提供触发信号；
6.所述备用触发回路在常规触发电路触发旁路开关失效时产生触发电流，以为旁路开关闭合提供触发信号。
7.进一步的，所述旁路开关包括开关触点、第一开关线圈、第二开关线圈；
8.所述第一开关线圈与常规触发回路连接；
9.所述第二开关线圈与备用触发回路连接。
10.进一步的，所述常规触发回路包括高压电源、储能单元、以及开关控制单元；
11.所述高压电源通过储能单元与第一开关线圈连接，当开关控制单元输出第一开关闭合触发信号时，所述储能单元将所储存的能量提供至第一开关线圈，以控制旁路开关的开关触点闭合。
12.进一步的，所述常规触发回路还包括第一能量泄放单元，用于在旁路开关闭合后，释放第一开关线圈的能量。
13.进一步的，所述开关控制单元包括开关管和浪涌保护单元，所述浪涌保护单元连接在开关管的控制极和地端之间。
14.进一步的，所述开关管包括igbt开关管。
15.进一步的，所述备用触发回路包括取能分压单元和开关触发单元；
16.所述取能分压单元并联于mmc子模块直流电容的两端，用于在mmc子模块发生故障且常规触发电路触发旁路开关失效时将该直流电容电压分压为第一电压和第二电压，并利用第一电压储能。
17.进一步的，所述开关触发单元与取能分压单元连接，用于当所述第二电压达到预定阈值时输出第二开关闭合触发信号，触发该取能分压单元将所储存的能量提供至第二开关线圈，以控制旁路开关的开关触点闭合。
18.进一步的，所述开关触发单元包括晶闸管和bod二极管。
19.根据本发明的另一个方面，提供了一种mmc子模块，所述mmc子模块包括mmc子模块本体和mmc子模块双线圈旁路开关触发装置；
20.所述mmc子模块本体包括串联连接的上开关管和下开关管，以及并联于上下开关管两端的直流电容；
21.所述旁路开关触发装置并联于mmc子模块本体的下开关管两端，用于当mmc子模块本体出现故障时触发旁路开关闭合，所述旁路开关触发装置包括如本发明第一个方面所述的旁路开关触发装置。
22.综上所述，本发明提供了一种mmc子模块双线圈旁路开关触发装置以及采用该装置的mmc子模块，通过设置常规触发回路和备用触发回路，备用触发回路在mmc子模块故障且常规触发回路失效无法闭合旁路开关时，通过mmc子模块本体的直流电容储能，并在储能达到预定阈值时自动触发旁路开关闭合，保证了旁路开关常规触发回路因mmc子模块主控板或高压电源失效而无法正常工作的情况下，仍能够通过备用触发回路触发旁路开关导通，并且不需要人工干预，使故障mmc子模块被可靠旁路，极大地提升了柔性直流输电换流阀运行的可靠性。
附图说明
23.图1是mmc子模块拓扑结构示意图；
24.其中，图1(a)是半桥子模块；图1(b)是全桥子模块；
25.图2是本发明mmc子模块双线圈旁路开关触发装置电路结构示意图。
26.附图标记：k
‑
旁路开关，l1
‑
第一线圈，l2
‑
第二线圈，s
‑
开关触点，101
‑
常规触发回路，102
‑
备用触发回路，103
‑
高压电源(由电容c的dc 和dc
‑
进行取能)，104
‑
mmc主控板。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
28.下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种mmc子模块双线圈旁路开关触发装置，该旁路开关触发装置的电路结构示意图如图2所示，该装置包括：旁路开关k、常规触发回路101和备用触发回路102。所述常规触发
回路101和备用触发回路102均与旁路开关k连接，用于为旁路开关k闭合提供触发信号；所述备用触发回路102在常规触发电路101触发旁路开关k失效时产生触发电流，以为旁路开关k闭合提供触发信号。以下对该装置进行详细说明。如图2所示，旁路开关k包括开关触点s、第一开关线圈l1、第二开关线圈l2，开关触点s可以在第一开关线圈l1或者第二开关线圈l2的触发下闭合。第一开关线圈l1与常规触发回路101连接；第二开关线圈l2与备用触发回路102连接。
29.常规触发回路101包括高压电源103、储能单元、以及开关控制单元；该高压电源103通过储能单元与第一开关线圈l1连接，当开关控制单元输出第一开关闭合触发信号时，储能单元将所储存的能量提供至第一开关线圈l1，以控制旁路开关k的开关触点s闭合。该开关控制单元例如可以包括开关管vf1以及连接于开关管vf1控制端的驱动电路，该驱动电路可以包括驱动电阻r1。该开关管vf1可以采用igbt开关器件，其控制端的驱动电路由mmc主控板104下发驱动信号。该储能单元例如可以包括储能电容c1，储能电容c1由mmc子模块的高压电源103的输出端进行供电，在mmc主控板104下发驱动信号需要触发旁路开关k闭合时，储能电容c1将储存的能量提供给第一开关线圈l1，在第一开关线圈l1电磁力的作用下，触发旁路开关k的主触点闭合。开关管vf1控制端与地之间还可以连接有浪涌保护单元，该浪涌保护单元例如可以包括由电阻r2和双向tvs管dg1组成的并联支路，该浪涌保护单元可有效地保护vf1控制端免受各种浪涌脉冲的损坏。该常规触发回路还可以包括第一能量泄放单元，该第一能量泄放单元可以包括续流二极管d1，续流二极管d1与旁路开关k的第一开关线圈l1并联，在旁路开关k闭合后，可通过续流二极管d1释放第一开关线圈l1的能量。
30.备用触发回路102包括取能分压单元和开关触发单元；取能分压单元并联于mmc子模块直流电容的两端，例如可以包括分压电阻r3、r4以及储能电容c2和防反二极管d2，用于在mmc子模块发生故障且常规触发电路触发旁路开关失效时将该直流电容电压分压为第一电压和第二电压，并利用第一电压储能，r3、r4串联后并联在mmc子模块直流电容c的输出端，共同分担mmc子模块电容电压，r4分得的电压经防反二极管d2对储能电容c2进行充电。开关触发单元与取能分压单元连接，用于当所述第二电压达到预定阈值时输出第二开关闭合触发信号，触发该取能分压单元将所储存的能量提供至第二开关线圈，以控制旁路开关的开关触点闭合。开关触发单元例如可以包括晶闸管t1和bod二极管，电容c2与晶闸管t1串联后可以对第二开关线圈l2进行触发，晶闸管t1的门极触发信号由bod二极管控制，当电阻r3的分压达到预定阈值，即bod二极管的动作电压v1时，bod二极管动作并触发晶闸管t1导通，此时电容c2储存的能量通过晶闸管t1释放给第二开关线圈l2，旁路开关k闭合，故障mmc子模块被可靠旁路。
31.以下对本实施例提供的mmc子模块双线圈旁路开关触发装置的工作工程进行进一步说明。
32.a.mmc子模块正常工作过程中，高压电源103为常规触发回路101的储能电容c1充电。
33.b.当检测到mmc子模块发生故障时，由mmc主控板104下发旁路开关触发信号，该触发信号例如经过滤波、光纤隔离等预处理后，输出至开关管vf1的控制端。
34.c.开关管vf1导通，将储能电容c1储存的能量释放给第一开关线圈l1，使旁路开关k闭合。
35.d.如果当检测到mmc子模块发生故障，并且mmc主控板104或高压电源103失效时，常规触发回路101将无法触发旁路开关k导通。
36.e.mmc子模块因无法旁路而被持续充电，此时mmc子模块直流电容c的电压将持续升高。
37.f.备用触发回路102中取能分压单元并联于该直流电容c的两端进行取能分压，分压电阻r4的分压对电容c2进行充电，当分压电阻r3分压达到bod二极管动作值v1时，bod二极管动作并触发晶闸管t1导通。
38.g.电容c2储存的能量通过晶闸管t1释放给第二开关线圈l2，旁路开关k闭合，故障mmc子模块被可靠旁路。
39.根据本发明的另一个实施例，提供了一种mmc子模块，所述mmc子模块包括mmc子模块本体和mmc子模块双线圈旁路开关触发装置；所述mmc子模块本体包括串联连接的上开关管和下开关管，以及并联于上下开关管两端的直流电容。该mmc子模块本体的拓扑结构也可以为本领域常见的其他mmc子模块拓扑结构，在此不做具体限定。所述旁路开关触发装置并联于mmc子模块本体的下开关管两端，用于当mmc子模块本体出现故障时触发旁路开关闭合，所述旁路开关触发装置包括如本发明第一个实施例所述的旁路开关触发装置。
40.综上所述，本发明涉及一种mmc子模块双线圈旁路开关触发装置以及采用该装置的mmc子模块，通过设置常规触发回路和备用触发回路，备用触发回路在mmc子模块故障且常规触发回路失效无法闭合旁路开关时，通过mmc子模块本体的直流电容储能，并在储能达到预定阈值时自动触发旁路开关闭合，保证了旁路开关常规触发回路因mmc子模块主控板或高压电源失效而无法正常工作的情况下，仍能够通过备用触发回路触发旁路开关导通，并且不需要人工干预，使故障mmc子模块被可靠旁路，极大地提升了柔性直流输电换流阀运行的可靠性。
41.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。