[实用新型]模块化多电平转换器和转换器单元

说明书

本实用新型涉及模块化多电平转换器和转换器单元。本公开涉及用于模块化多电平转换器的转换器单元，其包括与单元的储能器和单元的多个半导体开关中的每个半导体开关串联连接的直流熔断器装置，以用于当半导体开关中的一个半导体开关发生故障时防止单元短路。本实用新型的实施例在模块化多电平转换器中提供了改进的断路保护。

技术领域

本公开涉及电气设备，更具体而言涉及模块化多电平转换器和转换器单元。

背景技术

模块化多电平转换器(MMC)由于其增强的模块化程度、可扩展性、具有降低的损耗的极好的谐波性能，已经成为用于电网连接电力转换器的流行选择。在半桥(HB)或全桥(FB)MMC单元短路故障的情况下，开关中的一个开关在短路模式中故障。另一个开关在同一时间接通，导致跨单元电容器短路，引起单元电容器将能量以非常大的电流放电到开关中(例如，针对静态同步补偿器(STATCOM)的电流范围为500kA至1MA，针对高压(HV)直流(DC)HVDC功率转换器的电流范围为1MA-2MA)。

基于所使用的半导体模块封装技术(即，印刷封装或键合线)MMC单元短路保护概念不同。基于键合线的半导体模块常用于低-中功率转换器，而印刷封装模块常用于高功率转换器。快速旁路开关(FBS)可以被接通，以电气连接单元的交流(AC)端子，从而在短路的情况下旁路单元。

然而，尤其是针对基于键合线的模块，存在很高的半导体模块爆炸的风险。此外，在单元内的非常大的峰值短路电流要求总线设计可以承受较大的机械应力。这导致了单元成本的增加。

栅极驱动器(GD)通常装备有保护电路，以感测大电流并安全地关断开关。然而，使用GD的安全关断并不总是有效的，并且强制性的具有二次保护电路。MMC单元在开关短路故障期间必须克服的两个主要问题是：

-放电到开关中的大单元电容器的能量在工业绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的情况下引起爆炸，或者需要昂贵的印刷封装开关与密封封条来承受此类能量。

-开关在短路故障期间在高阻抗模式中爆炸或失效之前，必须在单元输出上具有快速且稳定的旁路。要注意的是，因为存在大型臂式反应器，该反应器会在故障单元两端引发电弧，引起阀结构严重损坏，所以流经单元输出的电流不可以中断。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型旨在提供一种在MMC单元中提供改进的短路保护。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种转换器单元。该转换单元用于模块化多电平转换器。该转换器单元包括与单元的储能器和单元的多个半导体开关中的每个半导体开关串联连接的直流熔断器装置，以用于当半导体开关中的一个半导体开关发生故障时防止单元短路。

在一些实施例中，转换器单元还包括旁路开关，所述旁路开关被配置为在所述单元的第一交流端子与第二交流端子之间提供直接连接，当所述半导体开关中的一个半导体开关发生故障时，旁路所述单元的所述开关。

在一些实施例中，所述半导体开关被布置在并联电力电子组块中。

在一些实施例中，所述直流熔断器装置包括用于每个电力电子组块的相应的直流熔断器，使得每个电力电子组块的所述半导体开关与所述相应的直流熔断器串联连接。

在一些实施例中，所述相应的直流熔断器中的每个相应的直流熔断器与所述储能器的相应的子储存器串联连接。

在一些实施例中，所述相应的直流熔断器中的每个相应的直流熔断器与整个所述储能器串联连接。

在一些实施例中，所述直流熔断器装置包括并联熔断器配置，所述并联熔断器配置在所述储能器的至少一部分与所述半导体开关中的至少一个半导体开关之间串联连接，所述并联熔断器配置包括被并联连接的至少两个直流熔断器。

在一些实施例中，所述单元是半桥单元或全桥单元。