[发明专利]用于高压直流转换器的电子保护模块

说明书

本发明公开了一种电子模块，用于针对高电流浪涌和破坏性放电对HVDC转换器的功率半导体器件进行保护。其包括电容器、短路设备、可移动部分、短路部分和弹簧元件。短路设备与电容器并联连接。短路设备包括第一和第二母线。可移动部分连接到第一母线，并且短路部分连接到第二母线。弹簧元件布置在可移动部分和短路部件之间。当短路电流流过第一母线时，两个母线之间的电磁力使第一母线排斥第二母线，而向短路部分移动。短路部分提供将第一母线连接到第二母线的短路路径，从而将电容器短路，并且将HVDC转换器的功率半导体器件旁路。

技术领域

本发明涉及一种用于保护HVDC转换器的功率半导体器件的电子模块，尤其涉及一种在出现否则可能使功率半导体器件损坏的高电流浪涌或者放电的情况下，用于保护HVDC转换器功率模块的至少一个功率半导体器件的短路设备。

背景技术

高压直流(HVDC)系统在世界范围内用于能量传输。这些HVDC系统专门用于以经济的方式经由架空线或者线缆长距离传输电能。它们还用于连接异步电网或者具有不同频率的电网，或者用于连接海上风电场与岸上电网。HVDC系统包括通过DC连接相连的复杂的转换器站。转换器站中的一个主要部件是用于将电力从交流(AC)转换为直流(DC)或者从直流(DC)转换为交流(AC)的HVDC转换器。这些转换器具有包含串联连接的功率模块的转换器臂。这些功率模块包含诸如晶闸管、IGBT等的功率半导体器件。需要针对电流浪涌对这些功率半导体器件进行保护。

转换器臂在文献中经常被称为电流阀。这种转换器臂的功率模块可以是单个功率半导体器件，例如晶闸管、IGBT等。模块化的多电平转换器设置有具有多于一个的功率半导体器件的功率模块。功率半导体器件以半桥或者全桥配置与电容器连接。在发生故障的情况下，电容器中的能量放电到模块的功率半导体器件中。这导致功率半导体器件爆炸。为了对释放的能量进行控制，必须实现防爆保护。

欧洲专利EP 1894240 B1公开了一个这种电子保护模块。该发明涉及至少具有借助于连接导体连接到功率半导体的第一和第二端子的电子模块，每一个功率半导体具有与其并联连接的至少一个二极管，并且功率半导体具有并联连接的电容器。连接导体具有至少两个平行地延伸的部分，其中的至少一个可变形，在电子模块中流动的电流沿相反的方向通过，从而由于电磁感应，产生压离连接导体的力，并且确定这些部分的尺寸，使得当超过电流的阈值时，在端子之间建立导电连接，将功率半导体和电容器两者旁路，由此为电流提供短路路径，并且针对突然的电流浪涌对功率半导体进行保护。

然而，上面讨论的发明不针对从电容器进行的能量放电对电路进行保护。在发生开关错误的情况下，例如，存储在电容器中的电荷通过HVDC转换器的功率模块的功率半导体器件、例如通过一个或者所有IGBT放电，由此使功率模块损坏。

因此，出现了针对有效的保护电路的需要，该保护电路不仅针对短路电流，而且针对来自电容器的放电，对HVDC转换器的功率模块的功率半导体器件进行保护。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种有效并且具成本效益的解决方案，用于保护HVDC转换器功率模块的功率半导体器件，免于由于来自电容器的放电而损坏。

本发明的目的通过所公开的电子模块来实现，该电子模块针对大电流浪涌或者来自电容器的高能量放电，对HVDC转换器功率模块的功率半导体器件进行保护。根据本发明，电子模块包括电容器、短路设备、可移动部分、短路部分和弹簧元件。短路设备与电容器并联连接，其中，短路设备包括连接到电容器的第一个极的第一母线以及连接到电容器的第二个极的第二母线。可移动部分通过柔性连接部件连接到第一母线，并且短路部分连接到第二母线。弹簧元件布置在可移动部分和短路部分之间。可移动部分与第二母线平行地延伸，使得当短路电流流过第一母线时，两个母线之间的电磁力使第一母线排斥第二母线，而向短路部分移动。短路部分提供将第一母线连接到第二母线的短路路径，从而在电子模块的操作的短路状态期间将电容器短路。以这种方式，大电流和放电通过短路部分被旁路，而不到达HVDC转换器功率模块。