[发明专利]保护设备、保护控制方法及模块化多电平变流器

说明书

本发明实施例公开了一种保护设备、保护控制方法及模块化多电平变流器，该设备包括：多个保护装置和控制器；每个保护装置包括：N个电容器、N个直流短路控制单元和N+1个快速熔断器；快速熔断器连接于直流母线和直流汇流母线之间；控制器分别与每个保护装置中的直流短路控制单元相连，用于控制直流短路控制单元导通，以保护未发生功率半导体器件短路故障的多电平变流器模块。快速熔断器没有串联在电路中，仅通过非常小的功率平衡电流，并不通过工作电流，无需对快速熔断器进行冷却设计；并且能够防止故障扩大化，保证未发生故障的变流器正常运行；还能够减少安全隐患的发生，提高了安全性。

技术领域

本发明涉及电路电子技术领域，尤其涉及一种保护设备、保护控制方法及模块化多电平变流器。

背景技术

变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。为了解决变流器并网大电流问题，变流器一般采用并联方式来满足变流器的大电流要求。

变流器并联方式主要为：变流器的直流母线并联在一起，交流输出端也并联在一起，采用同步脉冲控制方式对各个变流器控制。

当并联的变流器中的一台变流器发生短路故障时，需要快速去除发生故障的变流器，防止故障扩大化，影响其他变流器的运行。

为了保护变流器，通常采用在并联支路的直流侧增加快速熔断器，将快速熔断器串联在电路中并工作。图1为现有技术中变流器带直流快速熔断器的拓扑示意图。其中，图1中S1至S6为功率半导体器件，1和2为快速熔断器，DC+为正直流母线，DC-为负直流母线。当发生变流器的短路故障时，直流侧的短路电流的热量累积熔断快速熔断器1和2，同时保证正常工作时，快速熔断器的热量累积不发生误动作。

采用上述的方式，快速熔断器1和2始终串联在电路中并工作，快速熔断器持续通过电流并产生损耗，在工作环境温度较高时，需要额外对快速熔断器进行冷却设计，并且快速熔断器选型较困难。

另外，当变流器中的一个功率半导体器件S1发生短路故障时，并不会造成直流侧的短路，进而不能熔断快速熔断器，保护效果较差。此时需要将故障扩大化，击穿与S1串联的功率半导体器件S2，使串联的两个功率半导体器件同时短路，才可以保证快速熔断器熔断。将故障扩大化，会产生安全隐患，容易发生安全事故。

发明内容

本发明实施例提供一种保护设备及其保护控制方法。

一方面，本发明实施例提供了一种保护设备，用于模块化多电平变流器，保护设备包括：多个保护装置和控制器；

每个保护装置包括：N个电容器、N个直流短路控制单元和N+1个快速熔断器，N为不小于1的正整数；

N个电容器串联于正直流母线和负直流母线之间；

N个电容器中的每一个电容器分别与N个直流短路控制单元中的一个直流短路控制单元并联；

正直流母线通过N+1个快速熔断器中的第一个快速熔断器与正直流汇流母线相连；

负直流母线通过N+1个快速熔断器中的第N+1个快速熔断器与负直流汇流母线相连；

第i个电容器和第i+1个电容器串联的节点通过N+1个快速熔断器中的第i+1个快速熔断器与第i个直流汇流母线相连，1≤i≤N-1；

控制器分别与每个保护装置中的直流短路控制单元相连，用于控制与发生短路故障的多电平变流器模块连接的保护装置中的直流短路控制单元导通，以保护未发生功率半导体器件短路故障的多电平变流器模块。

在本发明的一个实施例中，直流短路控制单元，包括：可控晶闸管；

与直流短路控制单元并联的电容器的正极与可控晶闸管的阳极相连；