[发明专利]三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法

说明书

本发明公开了一种三电平IGCT变流器全开保护下的器件均流结构及方法，在三电平IGCT变流器主电路的箝位回路中设置母排，箝位回路通过主电路的中间开关器件和箝位二极管。通过母排增加箝位回路的短路阻抗减少流过箝位回路的短路电流，实现主电路开关器件在全开保护下的短路电流均等。母排包括设置在主电路任意两相中性点之间的母排一。通过开设线槽、减小截面积的方式增大母排一的电阻。并通过开设彼此交错的线槽，构建来回相反的电流路径，使电流流过时母排结构间产生互感，大部分抵消因电阻增大而增加的杂散电感。本发明能克服现有三电平IGCT变流器在全开保护下器件承受电流不均的缺陷，解决影响该保护方式下器件安全的技术问题。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种应用于三电平IGCT变流器在全开保护下的器件均流结构及方法。

背景技术

中高压多电平大功率变流器具有高可靠性、高功率等级、高功率密度、空间体积尽量小、结构紧凑等要求，因此被广泛应用在诸多民用、工业和能源领域。其中，三电平中点箝位(Neutral Point Clamping，NPC)集成门极换流晶闸管(Intergrated Gate CommutedThyristor，IGCT)变流器因电气拓扑相对简洁、易于谐波控制、器件只承受一半的中间直流电压，在冶金、石油钻井、矿井提升机、船舶推进等产业不断推广应用。

但与采用电压型开关器件IGBT变流系统，器件故障后为断路不同，IGCT器件关断失效后器件短路，若故障保护未能及时触发，将进一步引起桥臂直通，从而导致二次故障。故障出现后，可采用封锁脉冲关闭所有器件，或采用开通变流器所有器件即全开保护方式。但IGCT变流系统采用全关保护方式存在一定的安全隐患，如：大电流冲击电抗器、IGCT、FRD(快速恢复二极管)器件易造成损坏，电容承受全桥电压击穿等。而在此基础上改进的快熔保护方式、撬棒保护方式等均增加了电路的复杂程度、故障因素及变流器成本，并且不易实现。而采用全开保护方式，即系统中某个器件故障后，将整流、逆变中的所有器件全部开通，与此同时，发出控制命令使快速断路器在一定时间内断开，由此增加整流、支撑电容、逆变的放电回路，将能量分配到各个支路，就不会存在未短路半桥电容承受全桥电压的情况，能够有效避免后续故障。可见，IGCT变流系统采用全开保护方式具有较大的优势，其有效实现将有利于系统的故障保护。

如附图1所示，为现有技术中的一种三电平中点箝位IGCT变流器中任意两相(图中为A、B两相)的主电路拓扑结构。其中，V1、V2、V3和V4为IGCT开关器件，D1、D2、D3和D4为续流二极管，D5和D6为箝位二极管，A和B分别为A、B两相的接线端，DC+和DC-为中间直流端，NP为中性点。其中，V1、V2被称为上半桥IGCT器件，V3、V4被称为下半桥IGCT器件，同时V2、V3又被称为中间开关器件。在DC+与NP之间，以及NP与DC-之间还连接有中间支撑电容，图中未示出。三电平IGCT变流器在出现桥臂直通故障后，可以采用封锁脉冲关闭所有IGCT器件，也可以采用开通所有IGCT器件即全开保护方式增加放电回路。实践表明，在故障时开通所有器件后，整流侧、支撑电容短路回路中各个支路器件承受不同的电流冲击，这种差异可能导致某个器件承受过多的能量造成损坏。而在这种情况下，若要保证器件安全，需在系统设计时对器件提出更高的要求，这不但增加了成本，而且不利于全开保护的实现。三电平IGCT变流器在全开保护方式下器件承受的电流不均，将直接影响该保护方式下的器件安全。同时，现有技术中的母排结构通常如附图2所示。

在现有技术中，主要有以下一些文献与本发明申请相关：

现有技术1为2002年12月11日公开，公开号为CN1384593A的中国发明专利申请《6KV三电平集成门极换相晶闸管逆变器的桥臂直通保护系统》。该发明专利申请采用短路信号发生电路和短路信号接收电路，短路信号在分断断路器的同时,将所有开关器件维持在故障时刻的状态，中间支撑电容的放电电流由导通的器件承受的方案实现逆变器桥臂直通保护。