[发明专利]能量均衡调节换流链及控制方法、多段式换流链、换流器

说明书

本申请提供能量均衡调节换流链及控制方法、多段式换流链、换流器。所述能量均衡调节换流链，包括至少一个耗能单元和M个均衡子模块，M为大于等于1的整数，所述均衡子模块与所述能耗单元串联连接；其中，所述均衡子模块包括第一功率单元和平衡单元，所述第一功率单元包括并联连接的第一直流电容与功率组件；所述平衡单元包括第一功率半导体器件，所述平衡单元的一端连接所述第一功率单元，另一端引出，与相邻的均衡子模块或所述耗能单元连接。

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及能量均衡调节换流链及控制方法、多段式换流链、换流器。

背景技术

随着现代电力电子技术的发展，由于单管功率半导体器件的耐压等级相对有限，其应用和发展受到了极大的限制。

功率半导体器件通过组成子模块，再进行级联使用构成换流链，可容易满足模块的电压等级要求，与其他方案相比是性价比最高的方式。但一旦换流链承受过电压，或单个子模块承受过电压，会造成器件损坏，故障扩大后会导致整个换流链故障损坏。

现有技术中有采用在模块之间增加器件连接的方式，如专利CN105471260A基于等式约束的辅助电容分布式半桥MMC自均压拓扑，是利用了二极管建立了子模块直流电容之间的充放电通道，利用三相桥臂相间的辅助回路使所有子模块之间构成了闭环，实现直流电压平衡控制的功能，但换流器的总能量是无法消耗的，只是在换流器的子模块之间流动。上述方式的不足之处在于：第一，过压带来的能量无法消耗，只能在各个模块之间进行转移，当过压严重时，总能量无法消耗，仍然会损坏设备；第二，整个闭环一旦中间一个环节出现故障，整个闭环系统断开，能量将会在换流链断开处的子模块积累，造成子模块过压损坏，可靠性低。

由于无法解决故障情况下短时过电压问题，为了使整个换流链能够承受更高的短时过电压，只能增加子模块中的电容容值，或增加子模块的数量，大大的增加了整个换流链的成本和占地。

发明内容

本申请实施例提供一种能量均衡调节换流链，包括至少一个耗能单元和M个均衡子模块，所述M个均衡子模块串联连接，M为大于等于1的整数；其中，所述均衡子模块包括第一功率单元和平衡单元，所述第一功率单元包括并联连接的第一直流电容与功率组件；所述平衡单元包括第一功率半导体器件，所述平衡单元的一端连接所述第一功率单元，另一端引出，与相邻的均衡子模块或所述耗能单元连接。

根据一些实施例，所述功率组件包括上管和下管，所述上管与所述第一直流电容正极连接；所述下管与所述第一直流电容负极连接，所述下管与所述上管串联连接后与所述第一直流电容构成半桥连接形式，所述上管的集电极和发射极或所述下管的发射极和集电极引出作为所述第一功率单元的交流端。

根据一些实施例，所述上管和所述下管均为全控型功率半导体器件，所述上管或所述下管的集电极和发射极引出作为第一功率单元的交流端。

根据一些实施例，所述上管为全控型功率半导体器件，所述下管为二极管，所述上管的集电极和发射极引出作为第一功率单元的交流端。

根据一些实施例，所述下管为全控型功率半导体器件，所述上管为二极管，所述下管的集电极和发射极引出作为第一功率单元的交流端。

根据一些实施例，所述均衡子模块还包括均压电阻或/和非线性电阻，所述均压电阻或/和非线性电阻与所述第一直流电容并联连接。

根据一些实施例，所述功率组件包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂与所述第一直流电容并联连接；所述第一桥臂包括串联连接的第一上管和第一下管，所述第一上管与所述第一直流电容正极连接；所述第一下管与所述第一直流电容负极连接；所述第二桥臂与所述第一直流电容并联连接；所述第二桥臂包括串联连接的第二上管和第二下管，所述第二上管与所述第一直流电容正极连接；所述第二下管与所述第一直流电容负极连接；其中，所述第一桥臂和所述第二桥臂的中点引出作为所述第一功率单元的交流端。