[发明专利]半导体开关串

说明书

在HVDC电力转换器的领域中，需要一种改进的半导体开关串，其避免了与表现出不同性能特性且在其性能上具有固有限制的各个半导体开关元件相关的困难。一种半导体开关串(100)，用在HVDC电力转换器中，包括多个串联连接的半导体开关组件(10；70；110)。每个半导体开关组件(10；70；110)具有主半导体开关元件(12)，该主半导体开关元件(12)包括第一和第二连接端子(14，16)，当主半导体开关元件(12)被接通时，在第一连接端子(14)与第二连接端子(16)之间，电流从第一端子(14)向第二端子(16)流动。主半导体开关元件(12)还具有辅助半导体开关元件(28；72；112)，电连接在主半导体开关元件(12)的第一与第二连接端子(14，16)之间。每个半导体开关组件(10；70；110)还包括控制单元(30)，其可操作地与每个辅助半导体开关元件(28；72；112)连接。所述控制单元或每个控制单元(30)被配置为接通各个辅助半导体开关元件(28；72；112)以在与其相关的第一连接端子(14)与第二连接端子(16)之间选择性地建立替代电流路径(32；114，116)，由此电流被转向为通过替代电流路径(32；114，116)流动，以减少对应的主半导体开关元件(12)两端的电压。所述控制单元或每个控制单元(30)还被配置为当对应的主半导体开关元件(12)两端的电压与来自半导体开关串(100)中的所有所述主半导体开关元件(12)两端的电压的电压基准不同时，接通所述各个辅助半导体开关元件(28；72；112)。

技术领域

本发明涉及一种用于在高压直流(HVDC)电力转换器中使用的半导体开关串。

背景技术

在电力传输网络中，交流(AC)电力通常被转换为经由架空线路和/或海底电缆进行传输的直流(DC)电力。此转换使得不需要补偿由传输线路或电缆导致的AC电容性负载的影响，并且降低了线路和/或电缆的每公里成本，因此当需要长距离传输电力时变得具有成本效益。

HVDC电力转换器用于将AC电力转换为DC电力。诸如晶闸管的半导体开关元件是HVDC电力转换器的关键组件，并且用作将AC电力转换为DC电力的可控整流器，反之亦然。

然而，这样的半导体开关元件具有非常高的击穿电压并且能够携带高电流负载，即使来自同一批次的半导体开关元件表现出不同性能特性。这造成例如其中包括半导体开关元件的HVDC电力转换器在操作上的困难。

此外，许多半导体开关元件在其性能上具有固有限制，这需要在例如HVDC电力转换器中包括大的、重的、难以设计的补救组件，以对这些缺陷进行补偿。

因此，需要一种改进的半导体开关组件，其避免了上文所述的一个或多个困难。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用在HVDC电力转换器中的半导体开关串，包括：

多个串联连接的半导体开关组件，每个半导体开关组件具有主半导体开关元件，所述主半导体开关元件包括第一连接端子和第二连接端子，当所述主半导体开关元件被接通时，在所述第一连接端子与所述第二连接端子之间，电流从所述第一端子向所述第二端子流动，所述主半导体开关元件具有辅助半导体开关元件，电连接在所述主半导体开关元件的所述第一连接端子与所述第二连接端子之间；以及

控制单元，可操作地与每个辅助半导体开关元件连接，所述控制单元或每个控制单元被配置为接通各个辅助半导体开关元件，以在与其相关的所述第一连接端子与所述第二连接端子之间选择性地建立替代电流路径，由此电流被转向为通过所述替代电流路径流动，以减少对应的主半导体开关元件两端的电压，并且所述控制单元或每个控制单元还被配置为当所述对应的主半导体开关元件两端的电压与来自所述半导体开关串中的所有所述主半导体开关元件两端的电压的电压基准不同时，接通所述各个辅助半导体开关元件。