[发明专利]三相模块化多电平换流器及其子模块中IGBT开路故障检测容错方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相模块化多电平换流器及其子模块中IGBT开路故障检测容错方法，属于电力电子领域。

背景技术

近年来，模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter，MMC）在高压大功率领域中备受关注。其拓扑结构由多个结构相同的子模块堆叠而成，每个子模块由一个半桥拓扑和一个电容器构成，通过增加子模块数可灵活地扩展到高电压大功率，且其功率元件能工作在较低的开关频率，具备很高的能量转换效率、很小的电压电流尖峰，以及非常低的输出电压谐波含量等优点，使其十分适用于柔性直流输电等高压大功率电能变换的场合。

模块化多电平换流器的功率元件通常采用性价比高、控制灵活的绝缘栅双极型晶体管（IGBT），目前应用最为广泛的IGBT是采用压焊引线工艺的键合线型封装，这种封装的IGBT损坏经常是由于引线被电流烧熔后造成的开路。而在模块化多电平换流器内，任一子模块中任一IGBT的开路故障都会导致整机无法工作。虽然每个IGBT的故障率很低，但在高压大功率时MMC将含有成百上千个IGBT，其故障率大大升高，这就造成MMC换流器的可靠性低、维修成本昂贵。

发明内容

本发明目的是为了解决现有MMC采用一个半桥拓扑和一个电容器的结构，任一子模块中任一IGBT的开路故障都会导致整机无法工作，造成MMC的可靠性低、维修成本昂贵的问题，提供了一种三相模块化多电平换流器及其子模块中IGBT开路故障检测容错方法。

本发明所述三相模块化多电平换流器，它包括A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂，

A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂构成三相全桥拓扑结构，每个桥臂均由n个子模块和电感器L依次串联构成，n为大于或等于2的正整数；

A相上桥臂的正极输出端、B相上桥臂的正极输出端和C相上桥臂的正极输出端相连，并作为三相模块化多电平换流器的正极端；

A相下桥臂的负极输出端、B相下桥臂的负极输出端和C相下桥臂的负极输出端相连，并作为三相模块化多电平换流器的负极端；

A相上桥臂的电感器L和A相下桥臂的电感器L连接在一起，并接三相交流电源的A相；

B相上桥臂的电感器L和B相下桥臂的电感器L连接在一起，并接三相交流电源的B相；

C相上桥臂的电感器L和C相下桥臂的电感器L连接在一起，并接三相交流电源的C相；

每个子模块由第一功率单元1、第二功率单元2和电容C组成，第一功率单元1包括第一IGBT晶体管S1和第二IGBT晶体管S2；第二功率单元2包括第三IGBT晶体管S3和第四IGBT晶体管S4；

第一IGBT晶体管S1的集电极同时与第三IGBT晶体管S3的集电极和电容C的一端相连；

第一IGBT晶体管S1的发射极连接第二IGBT晶体管S2的集电极；

第三IGBT晶体管S3的发射极连接第四IGBT晶体管S4的集电极；

第二IGBT晶体管S2的发射极同时与第四IGBT晶体管S4的发射极和电容C的另一端相连，并作为子模块的负极端；

第一IGBT晶体管S1的发射极和第三IGBT晶体管S3的发射极的连接线作为子模块的正极端；

第一IGBT晶体管S1、第二IGBT晶体管S2、第三IGBT晶体管S3和第四IGBT晶体管S4均为带反并联二极管的IGBT。

所述三相模块化多电平换流器的子模块中IGBT开路故障检测容错方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、每个子模块中的四个IGBT的驱动信号为S1栅极驱动脉冲u_g1、S2栅极驱动脉冲u_g2、S3栅极驱动脉冲u_g3和S4栅极驱动脉冲u_g4，

u_g1的高电平持续时间为T_on-1，u_g3的高电平持续时间为T_on-3，T_on-1=T_on-3，

u_g2的高电平持续时间为T_on-2，u_g4的高电平持续时间为T_on-4，T_on-2=T_on-4，

u_g1和u_g3的低电平持续时间为T_on-2+2△T，