[其他]模块化构建的制动调节器的子模块和制动调节器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模块化构建并且连接到直流传输网络的制动调节器的子模块，其中，每个子模块具有反向二极管和经由续流二极管与其并联的存储电容器以及连接到存储电容器的能量吸收电路单元。

背景技术

这种子模块在已知的制动调节器中使用多个，如在图1中所示出的。已知的制动调节器2的每个子模块1分别由反向二极管3和续流二极管4构成，经由续流二极管4对存储电容器5充电。本身可控的能量吸收电路单元6连接到存储电容器5；也就是说，制动调节器2的能量吸收电路单元6相应地是单独可控的。能量吸收电路单元6由经由半导体功率开关元件8连接到的存储电容器5的能量吸收元件、例如欧姆电阻7构成。也就是说，在这种已知的制动调节器中，能量吸收电路单元6集成在制动调节器中。已知的制动调节器2一方面具有一个外部的连接端X1，另一方面具有另一个外部的连接端X2，该另一个外部的连接端X2经由集中或者分布电感9连接到子模块 1的串联电路。

存储电容器6被构造为相对大，从而能够以时间偏移的方式控制各个半导体功率开关元件8。对实现和开关行为的技术要求由此相对低，因为不需要进行子模块1的硬串联电路。为了实现经由制动调节器的可调节的电流流动，由此实现能量转换，利用在MMC(模块化多电平转换器)技术中常见的方法对各个半导体功率开关元件8进行控制。这些方法能够使用排序算法或者对于每个子模块使用合适的脉冲宽度调制，两者都具有保持所有电容器电压大致相等的调节目标。

例如在与逆变器连接的直流电压输电网中使用这种已知的制动调节器，以便在逆变器中在交流侧发生故障的情况下，能够在几秒内将直流电压输电网的全部功率导走。在该时间内可以弄清楚交流侧的故障并且将逆变器重新投入运行，而不影响向直流电压输电网中馈电的整流器和经由其馈电的交流电网。

实用新型内容

为了构造开头给出的类型的制动调节器的子模块，使得制动调节器在等待/静止状态下具有相对低的功率损耗，根据本实用新型，在子模块中，与反向二极管并联地设置能主动开关的半导体旁路路径。

根据本实用新型的子模块的一个显著的优点在于，由于能主动开关的半导体旁路路径，配备有这种子模块的制动调节器能够关于其存储电容器的电压的总和作为升压转换器运行。因此，根据本实用新型的子模块的存储电容器是真正的、可控的能量存储器，从而制动调节器的子模块的存储电容器上的电压的总和能够大于施加在制动调节器的外部连接端上的电压。另一个优点在于，能量吸收电路单元的设计在很大程度上可以独立于制动调节器的外部连接端上的电压地进行，从而能主动开关的半导体旁路路径的电阻值一方面能够更好地进行协调，另一方面能够利用连接到其的半导体开关的特性独立于施加的电压地进行协调。附加地得到优点，即能够针对较小的电流设计根据本实用新型的子模块的反向二极管。

根据本实用新型的子模块的半导体旁路路径能够以不同的方式构造；被视为特别有利的是，该半导体旁路路径包含半导体功率开关。优选该半导体功率开关是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

子模块的能量吸收电路单元也能够以不同的方式实施。在一个有利的实施方式中，能量吸收电路单元是经由功率半导体开关元件与存储电容器并联地布置的欧姆电阻。这提供如下优点：能够更好地利用每个子模块的半导体功率开关和半导体功率开关元件；此外，其开启了如下可能性：在将子模块组合为制动调节器时，几个子模块就足够了，这以有利的方式导致成本降低，并且导致制动调节器的结构空间需求减小。

但是也可以有利的是，能量吸收电路单元是直接与电容器并联地布置的非线性电阻；因此能量吸收电路单元在这里纯无源地构造。也就是说，这里去除了半导体功率开关元件，这对于单个子模块的成本和空间需求，由此也对于由这种子模块构建的制动调节器产生有利的影响。在根据本实用新型的子模块的该实施方式中，可以经由对与子模块结合的半导体旁路路径中的半导体功率开关进行对应的控制，单纯地经由存储电容器上的电压的上升或下降，有效地连接或接入子模块中的非线性电阻。在根据本实用新型的子模块的该实施方式中，也得到优点，即能够更好地设计半导体功率开关和半导体功率开关元件，由此能够节约子模块。

已经证明特别有利的是，非线性电阻形式的能量吸收电路元件是过电压放电器。在以这种子模块形成的制动调节器中，将越多的子模块在时间上的平均值控制为非线性电阻或过电压放电器承受的电容器电压，越能够提高转换后的功率。