功率模块和换流器及其充电方法和直流故障自清除方法
【专利摘要】本发明涉及一种功率模块和换流器及其充电方法和直流故障自清除方法，功率模块中第一全控型器件与第二全控型器件串接，第二全控型器件与第三全控型器件反向串接；第一二极管与第一全控型器件反向并联，第二二极管与第二全控型器件反向并联，第三二极管与第三全控型器件反向并联，第一全控型器件、第二全控型器件和第三全控型器件串接后与电容并联；应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁所有功率模块，故障电流可能的通路路径中各功率模块中的电容电压和高于换流器所连接的交流电压，故障电流可能的通路路径中的电流路径就不会有电流流过，实现换流器直流侧故障的自清除。
【专利说明】
功率模块和换流器及其充电方法和直流故障自清除方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及功率模块和换流器及其充电方法和直流故障自清除方法。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的不断发展，高电压、大容量已成为电力电子技术的重要发展方向，高电压、大容量的电力电子换流器已经众多场合中有着重要应用，如:轻型高压直流输电(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current ,VSC-HVDC)、静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATC0M)、有源电力滤波器(Active PowerFilter，APF)、高压变频器等，并正获得越来越多的关注。
[0003]高电压、大容量的多电平电力电子换流器的有着多种拓扑结构，包括基于阀组串联的两电平结构、二极管箝位多电平结构、飞跨电容多电平结构、组合换流器结构、H桥级联多电平结构、模块化多电平结构(Modular Multilevel Converter，MMC)等等。其中，!1桥级联多电平结构、MMC结构因具有模块化设计、便于扩容、交流输出侧出口电压谐波含量少无需交流滤波器等优点，在电网有较为成功应用。
[0004]现有的MMC结构均米用半!1桥、!1桥或CDSM(Clamp Doulbe Sub-modular，箝位双功率模块)(如图1所示)作为功率单元模块，通过模块的输出端口串接级联达到高电压、大容量的目的。其中SMn表示第η个功率模块，Ud。表示MMC换流器直流侧电压。
[0005]现有采用半H板桥结构的MMC结构不具备直流自清除能力，在直流侧故障时需在闭锁所有模块后，跳交流断路器才能将故障清除，流程复杂，事件较长。采用CDSM结构的MMC换流器具备直流故障自清除能力，但采用的功率单元中元器件较多，连接及控制比较复杂。
【发明内容】
[0006]基于此，有必要针对现有的模块化多电平换流器或不具备直流故障自清楚能力，或具备直流故障清除功能但结构复杂的问题，提供一种新的功率模块和换流器及其充电方法和直流故障自清除方法。
[0007]—种功率模块，包括第一全控型器件、第二全控型器件、第三全控型器件、第一二极管、第二二极管、第三二极管和电容；
[0008]第一全控型器件与第二全控型器件串接，第二全控型器件与第三全控型器件反向串接;第一二极管与第一全控型器件反向并联，第二二极管与第二全控型器件反向并联，第三二极管与第三全控型器件反向并联，第一全控型器件、第二全控型器件和第三全控型器件串接后与电容并联；
[0009]第一全控型器件与第二全控型器件的连接点作为第一连接端子，第三全控型器件与电容的连接点作为第二连接端子，第一连接端子和第二连接端子作为功率模块的输出端子。
[0010]一种换流器，包括第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第一组桥臂电抗器、第二组桥臂电抗器、三个充电电阻、一组三相隔离开关和一组单相隔离开关，第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的换流桥臂的条数均为三，第一组桥臂电抗器和第二组桥臂电抗器中的桥臂电抗器的数目均为三；
[0011]第一组换流桥臂中的三条换流桥臂的正极端均连接于第三连接点，第二组换流桥臂中的三条换流桥臂的负极端均连接于第四连接点；
[0012]第一组换流桥臂中的三条换流桥臂的负极端与第一组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的一端--对应连接，第二组换流桥臂中的三条换流桥臂的正极端与第二组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的一端一一对应连接，第一组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的另一端与第二组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的另一端一一对应连接；
[0013]第一组三个桥臂电抗器的另一端与第二组三个桥臂电抗器的另一端一一对应连接的三个连接点与三相隔尚开关的三相对应连接，三相隔尚开关的三相与三个充电电阻一一对应并联；
[0014]第二隔离开关连接在第三连接点和第四连接点之间；
[0015]第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的任意一条换流桥臂均包括串接的若干个上述功率模块，前一个功率模块中的第二连接点与后一个功率模块中的第一连接点连接，串接后首部的功率模块中的第一连接点作为换流桥臂的正极端，尾部的功率模块中的第二连接点作为换流桥臂的负极端。
[0016]根据上述本发明的功率模块和换流器，功率模块中第一全控型器件与第二全控型器件串接，第二全控型器件与第三全控型器件反向串接;第一二极管与第一全控型器件反向并联，第二二极管与第二全控型器件反向并联，第三二极管与第三全控型器件反向并联，第一全控型器件、第二全控型器件和第三全控型器件串接后的整体与电容并联，第一全控型器件与第二全控型器件的连接点和第三全控型器件与电容的连接点作为功率模块的输出端子;在具体实现过程中，正常工作时，通过控制信号控制三个全控型器件关断，输出需要的电平，故障时闭锁功率模块，功率模块只具备对电容充电的电流通路;应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁所有功率模块，故障电流可能的通路路径中各功率模块中的电容电压和高于换流器所连接的交流电压，故障电流可能的通路路径中的电流路径就不会有电流流过，实现换流器直流侧故障的自清除，而且相比于CDSM结构的MMC换流器，本发明的换流器的功率模块的结构更加简单，元器件较少，内部连接及控制更加简单，降低了成本。
[0017]—种换流器的充电方法，包括以下步骤:
[0018]断开三相隔离开关，闭合单相隔离开关，其中，换流器通过三个充电电阻与交流系统连接，交流系统经过三个充电电阻对换流器的所有换流桥臂进行充电；
[0019]在所有换流桥臂的电压都稳定至到交流系统线电压的一半后，切换各换流桥臂中功率模块的解锁和闭锁状态，使各换流桥臂的功率模块的电压都稳定至交流系统线电压；
[0020]闭锁所有换流桥臂中的功率模块，断开单相隔离开关，闭合三相隔离开关；
[0021 ]调节各换流桥臂中解锁的功率模块的个数，使各换流桥臂的功率模块充电至额定电压。
[0022]根据上述本发明的换流器的充电方法可以实现对换流器的充电。
[0023]—种换流器的直流故障自清除方法，包括以下步骤:
[0024]在换流器充电完成后，若第三连接点和第四连接点发生短路，则同时闭锁所有换流桥臂中的功率模块。
[0025]根据上述本发明的换流器的直流故障自清除方法，在换流器充电完成后，若第三连接点和第四连接点发生短路，则同时闭锁所有换流桥臂中的功率模块，因此时换流器不存在故障电流的通路，可以实现直流故障自清除。
【附图说明】
[0026]图1为传统技术中的功率模块和换流器的结构示意图；
[0027]图2为其中一个实施例的功率模块的结构示意图；
[0028]图3为其中一个实施例的功率模块的一种具体结构示意图；
[0029]图4为其中一个实施例的功率模块的另一种具体结构示意图；
[0030]图5为其中一个实施例的换流器的结构示意图；
[0031 ]图6-a为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态一的一种电流路径不意图；
[0032]图6-b为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态一的另一种电流路径不意图；
[0033]图7-a为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态二的一种电流路径示意图；
[0034]图7-b为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态二的另一种电流路径示意图；
[0035]图8为其中一个实施例的换流器中功率模块的工作状态三的一种电流路径示意图；
[0036]图9-a为其中一个实施例的换流器的一种充电电流路径示意图；
[0037]图9_b为其中一个实施例的换流器的另一种充电电流路径示意图。
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
[0039]参见图2所示，为一个实施例的功率模块的结构示意图。该实施例中的功率模块，包括第一全控型器件110、第二全控型器件120、第三全控型器件130、第一二极管140、第二二极管150、第三二极管160和电容170;
[0040]第一全控型器件110与第二全控型器件120串接，第二全控型器件120与第三全控型器件130反向串接;第一二极管140与第一全控型器件110反向并联，第二二极管150与第二全控型器件120反向并联，第三二极管160与第三全控型器件130反向并联，第一全控型器件110、第二全控型器件120和第三全控型器件130串接后与电容170并联；
[0041]第一全控型器件110与第二全控型器件120的连接点作为第一连接端子，第三全控型器件130与电容170的连接点作为第二连接端子，第一连接端子和第二连接端子作为功率模块的输出端子。
[0042]在本实施例中，功率模块中第一全控型器件110与第二全控型器件120串接，第二全控型器件120与第三全控型器件130反向串接;第一二极管140与第一全控型器件110反向并联，第二二极管150与第二全控型器件120反向并联，第三二极管160与第三全控型器件130反向并联，第一全控型器件110、第二全控型器件120和第三全控型器件130串接后与电容170并联，第一连接端子和第二连接端子作为功率模块的输出端子。在具体实现过程中，正常工作时，通过控制信号控制三个全控型器件关断，输出需要的电平，故障时闭锁功率模块，功率模块只具备对电容充电的电流通路;应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁所有功率模块，故障电流可能的通路路径中各功率模块中的电容电压和高于换流器所连接的交流电压，故障电流可能的通路路径中的电流路径就不会有电流流过，实现换流器直流侧故障的自清除，而且相比于CDSM结构的MMC换流器，本发明的换流器的功率模块的结构更加简单，元器件较少，内部连接及控制更加简单，降低了成本。
[0043]在其中一个实施例中，第一全控型器件110、第二全控型器件120和第三全控型器件130的类型和参数均相同。
[0044]在本实施例中，第一全控型器件110、第二全控型器件120和第三全控型器件130是同一种类型的全控型器件，参数均相同。
[0045]在其中一个实施例中，第一二极管140、第二二极管150、第三二极管160的类型和参数均相同。
[0046]在本实施例中，第一二极管140、第二二极管150、第三二极管160是同一种类型的二极管，参数均相同。
[0047]在其中一个实施例中，第一全控型器件110与第二全控型器件120正向串接。
[0048]在其中一个实施例中，如图3所示，第一全控型器件110为第一绝缘栅双极型晶体管Tl，第二全控型器件120为第二绝缘栅双极型晶体管T2，第三全控型器件130为第三绝缘栅双极型晶体管T3;
[0049]第一绝缘栅双极型晶体管Tl的发射极与第二绝缘栅双极型晶体管T2的集电极连接，第二绝缘栅双极型晶体管T2的发射极与第三绝缘栅双极型晶体管T3的发射极连接；
[0050]第一二极管140为二极管Dl，第二二极管150为二极管D2，第三二极管160为二极管D3；
[0051]二极管Dl的正极与第一绝缘栅双极型晶体管Tl的发射极连接，二极管Dl的负极与第一绝缘栅双极型晶体管Tl的集电极连接;二极管D2的正极与第二绝缘栅双极型晶体管T2的发射极连接，二极管D2的负极与第二绝缘栅双极型晶体管T2的集电极连接;二极管D3的正极与第三绝缘栅双极型晶体管T3的发射极连接，二极管D3的负极与第三绝缘栅双极型晶体管T3的集电极连接；
[0052 ]电容170的正极与第一绝缘栅双极型晶体管TI的集电极连接，电容170的负极与第三绝缘栅双极型晶体管T3的集电极连接。
[0053]在本实施例中，全控型器件为绝缘栅双极型晶体管，第一绝缘栅双极型晶体管Tl与第二绝缘栅双极型晶体管T2正向串接，第二绝缘栅双极型晶体管T2与第三绝缘栅双极型晶体管T3反向串接，二极管Dl、二极管D2、二极管D3与第一绝缘栅双极型晶体管Tl、第二绝缘栅双极型晶体管T2、第三绝缘栅双极型晶体管T3—一对应反向并联，第一绝缘栅双极型晶体管Tl、第二绝缘栅双极型晶体管T2和第三绝缘栅双极型晶体管T3串接后与电容170并联。通过触发控制第一绝缘栅双极型晶体管Tl、第二绝缘栅双极型晶体管T2和第三绝缘栅双极型晶体管Τ3的导通状态，可以使功率模块处于不同的工作状态，以便输出不同的电平，图3中的Usm为功率模块的输出电压，iSM为功率模块的输出电流，U。为电容C的电压值。
[0054]在其中一个实施例中，第一全控型器件110与第二全控型器件120反向串接。
[0055]在其中一个实施例中，如图4所示，第一全控型器件110为第一绝缘栅双极型晶体管Tl，第二全控型器件120为第二绝缘栅双极型晶体管T2，第三全控型器件130为第三绝缘栅双极型晶体管T3;
[0056]第一绝缘栅双极型晶体管Tl的发射极与第二绝缘栅双极型晶体管T2的发射极连接，第二绝缘栅双极型晶体管T2的集电极与第三绝缘栅双极型晶体管T3的集电极连接；
[0057]第一二极管140为二极管Dl，第二二极管150为二极管D2，第三二极管160为二极管D3；
[0058]二极管Dl的正极与第一绝缘栅双极型晶体管Tl的发射极连接，二极管Dl的负极与第一绝缘栅双极型晶体管Tl的集电极连接;二极管D2的正极与第二绝缘栅双极型晶体管T2的发射极连接，二极管D2的负极与第二绝缘栅双极型晶体管T2的集电极连接;二极管D3的正极与第三绝缘栅双极型晶体管T3的发射极连接，二极管D3的负极与第三绝缘栅双极型晶体管T3的集电极连接；
[0059 ]电容170的正极与第一绝缘栅双极型晶体管TI的集电极连接，电容170的负极与第三绝缘栅双极型晶体管T3的发射极连接。
[0060]在本实施例中，全控型器件为绝缘栅双极型晶体管，第一绝缘栅双极型晶体管Tl与第二绝缘栅双极型晶体管T2反向串接，第二绝缘栅双极型晶体管T2与第三绝缘栅双极型晶体管T3反向串接，二极管Dl、二极管D2、二极管D3与第一绝缘栅双极型晶体管Tl、第二绝缘栅双极型晶体管T2、第三绝缘栅双极型晶体管T3—一对应反向并联，第一绝缘栅双极型晶体管Tl、第二绝缘栅双极型晶体管T2和第三绝缘栅双极型晶体管T3串接后与电容170并联。通过触发控制第一绝缘栅双极型晶体管Tl、第二绝缘栅双极型晶体管T2和第三绝缘栅双极型晶体管T3的导通状态，可以使功率模块处于不同的工作状态，以便输出不同的电平，图4中的Usm为功率模块的输出电压，iSM为功率模块的输出电流，Uc为电容C的电压值。
[0061]在本发明的功率模块中，第一全控型器件110与第二全控型器件120正向串接或反向串接均可，而且全控型器件不仅仅可以是绝缘栅双极型晶体管，也可以是其他类型的全控型器件。
[0062]根据上述功率模块，本发明还提供一种换流器，以下就本发明的换流器的实施例进行详细说明。
[0063]参见图5所示，为一个实施例的换流器的结构示意图。该实施例中的换流器包括第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第一组桥臂电抗器、第二组桥臂电抗器、三个充电电阻、一组三相隔离开关和一组单相隔离开关，第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的换流桥臂的条数均为三，第一组桥臂电抗器和第二组桥臂电抗器中的桥臂电抗器的数目均为三；
[0064]第一组换流桥臂中的三条换流桥臂210、220、230的正极端均连接于第三连接点，第二组换流桥臂中的三条换流桥臂240、250、260的负极端均连接于第四连接点；
[0065]第一组换流桥臂中的三条换流桥臂210、220、230的负极端与第一组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器Lcl、Lc2、Lc3的一端一一对应连接，第二组换流桥臂中的三条换流桥臂240、250、260的正极端与第二组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器1^4、1^5、1^6的一端对应连接，第一组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器Lcl、Lc2、Lc3的另一端与第二组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器Lc4、Lc5、Lc6的另一端——对应连接；
[0066]第一组三个桥臂电抗器Lcl、Lc2、Lc3的另一端与第二组三个桥臂电抗器Lc4、Lc5、Lc6的另一端一一对应连接的三个连接点与三相隔离开关SI的三相一一对应连接，三相隔离开关SI的三相与三个充电电阻R1、R2、R3—一对应并联；
[0067]单相隔离开关S2连接在第三连接点和第四连接点之间；
[0068]第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的任意一条换流桥臂均包括串接的若干个上述功率模块，前一个功率模块中的第二连接点与后一个功率模块中的第一连接点连接，串接后首部的功率模块中的第一连接点作为换流桥臂的正极端，尾部的功率模块中的第二连接点作为换流桥臂的负极端。
[0069]在本实施例中，将上述功率模块应用在换流器中，在换流器正常工作时，若换流器的正负极端(即第三连接点和第四连接点)发生短路故障时，只要同时闭锁功率模块，因故障电流可能的通路路径中各功率模块中的电容的电压和高于换流器所连接的交流电压，故障电流可能的通路路径中就不会有电流流过，实现换流器直流侧故障的自清除，而且相比于CDSM结构的MMC换流器，本发明的换流器的功率模块的结构更加简单，元器件较少，内部连接及控制更加简单，降低了成本。
[0070]优选的，三个充电电阻Rl、R2、R3参数相同。
[0071]在一个具体的实施例中，以全控型器件为绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolar Transistor)为例，对换流器的工作原理进行阐述:
[0072]换流器中的功率模块通过触发控制绝缘栅双极型晶体管的导通状态，可以使功率模块处于不同的工作状态，功率模块一共有三种工作状态。
[0073]工作状态一，绝缘栅双极型晶体管Tl导通，绝缘栅双极型晶体管T2、T3截止；
[0074]当功率模块的输出电流iSM〈0时，其电流路径如图6-a所示，电流通过绝缘栅双极型晶体管Tl和电容C形成通路，功率模块输出的电压为电容C的电压Uc，电容C处于放电状态；
[0075 ]当功率模块的输出电流i SM>0时，其电流路径如图6-b所示，电流通过二极管DI和电容C形成通路，功率模块输出的电压为电容C的电压Uc，电容C处于放电状态。
[0076]工作状态二，绝缘栅双极型晶体管T2、T3导通，绝缘栅双极型晶体管Tl截止；
[0077]当功率模块的输出电流iSM〈0时，其电流路径如图7-a所示，电流通过二极管D2和绝缘栅双极型晶体管T3形成通路，功率模块输出的电压为O，电容C处于旁路状态；
[0078]当功率模块的输出电流iSM>0时，其电流路径如图7-b所示，电流通过绝缘栅双极型晶体管T2和二极管D3形成通路，功率模块输出的电压为O，电容C处于旁路状态。
[0079]工作状态三，绝缘栅双极型晶体管Tl、T2、T3均截止；
[0080]当功率模块的输出电流iSM〈0时，整个功率模块处于截止状态，不具备电流通路；[0081 ]当功率模块的输出电流i SM>0时，其电流路径如图8所示，电流通过二极管D2和电容C形成通路，功率模块输出的电压为电容C的电压Uc，电容C处于充电状态。
[0082]根据上述换流器，本发明还提供一种换流器的充电方法，以下就本发明的换流器的充电方法的实施例进行详细说明。
[0083]在一个实施例中，一种换流器的充电方法，包括以下步骤:
[0084]断开三相隔离开关SI，闭合单相隔离开关S2，其中，换流器通过三个充电电阻Rl、R2、R3与交流系统连接，交流系统经过三个充电电阻对换流器的所有换流桥臂进行充电；
[0085]在所有换流桥臂的电压都稳定至到交流系统线电压的一半后，切换各换流桥臂中功率模块的解锁和闭锁状态，使各换流桥臂的功率模块的电压都稳定至交流系统线电压；
[0086]闭锁所有换流桥臂中的功率模块，断开单相隔离开关S2，闭合三相隔离开关SI;
[0087]调节各换流桥臂中解锁的功率模块的个数，使各换流桥臂的功率模块充电至额定电压。
[0088]优选的，换流器在正常工作前需要进行初始化充电。由换流器的工作原理可知，在T1、T2、T3均闭锁的情况下，换流器三相上桥臂(即第一组换流桥臂)之间或三相下桥臂(SP第二组换流桥臂)之间不能构成通路，即仅靠合上交流侧断路器，换流器不能完成初始化充电。本发明通过在换流器的正、负极母线(即换流器的正负极端)之间增加单相隔离开关S2，来实现整个充电过程，充电过程分三个阶段。
[0089]阶段一，带充电电阻充至交流线电压的一半。过程为:将交流侧的三相隔离开关SI断开，将充电电阻投入，同时将直流侧的单相隔离开关S2合上，将正、负极母线短接，然后合上交流侧断路器即开始充电。当某相电压幅值最高时，实现对本相下桥臂及其余两相的上桥臂充电；当某相电压幅值最低时，对本相的上桥臂及其余两相的下桥臂充电。以A相为例，A相电压最高时，实现对A相下桥臂及其B、C相上桥臂的充电，其充电过程如图9-a所示;A相电压最低时，实现对A相上桥臂及其B、C相下桥臂的充电，其充电过程如图9-b所示。充电稳定后，所有桥臂的电压接近交流系统线电压的一半。
[0090]阶段二:解锁换流器，使A相上桥臂所有功率模块导通T2、T3，其余桥臂闭锁，即可使B、C相上、下桥臂充电至接近交流系统线电压;然后使B相上桥臂所有功率模块导通Τ2、T3，其余桥臂闭锁，即可使A相的上、下桥臂也充电至接近交流系统线电压；
[0091]阶段三:闭锁所有桥臂，断开单相隔离开关S2，合上三相隔离开关SI后，再次解锁所有桥臂，进入正常每相桥臂的可控充电。以三相上桥臂为例，实施过程为，使A相上桥所有功率模块导通T2、T3，通过控制B、C两相上桥臂的投入功率模块的个数，即可使其功率模块充电至额定电压值；同理，通过使B相上桥所有功率模块导通T2、T3，通过控制A两相上桥臂的投入功率模块的个数，即可使A相的功率模块也充电至额定电压值。下桥臂三相的充电过程与上桥臂类似。
[0092]根据上述换流器，本发明还提供一种换流器的直流故障自清除方法，以下就本发明的换流器的直流故障自清除方法的实施例进行详细说明。
[0093]在一个实施例中，一种换流器的直流故障自清除方法，包括以下步骤:
[0094]在换流器充电完成后，若第三连接点和第四连接点发生短路，则同时闭锁所有换流桥臂中的功率模块。
[0095]优选的，换流器充电完成，将单相隔离开关S2断开，进入正常工作模式后，如果发生换流器正、负极端短路故障，同时闭锁各桥臂所有的功率模块后，电流理论上还存在图9-a和图9-b中的流通路径。但正常工作时，上述路径中功率模块电容电压和比交流线电压高，所有功率模块的Tl均处于反向截止状态，不可能导通，故此时图9-a和图9-b中电流路径不可能有电流流过，即实现了直流侧故障的自清除。
[0096]如果发生单极对地短路，同时闭锁各桥臂所有的功率模块后，则根本不存在电流通路，也实现了直流侧故障的自清除。
[0097]本发明的换流器具备直流故障自清除能力，解决了半桥型MMC换流器需断开交流断路器清除直流侧故障的缺陷，与图1比较可知，本发明的功率模块中所用的绝缘栅双极型晶体管的个数为全桥型丽C换流器的3/4;与⑶SM相比，每电平多1/2个IGBT、少一个二极管，经济性相当，但元器件较少，内部连接及控制更为简单。
[0098]在本发明中，“第一”、“第二”等序数词只是为了对所涉及的部件进行区分，并不是对部件本身进行限定。
[0099]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0100]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种功率模块，其特征在于，包括第一全控型器件、第二全控型器件、第三全控型器件、第一二极管、第二二极管、第三二极管和电容； 所述第一全控型器件与所述第二全控型器件串接，所述第二全控型器件与所述第三全控型器件反向串接;所述第一二极管与所述第一全控型器件反向并联，所述第二二极管与所述第二全控型器件反向并联，所述第三二极管与所述第三全控型器件反向并联，所述第一全控型器件、所述第二全控型器件和所述第三全控型器件串接后与所述电容并联； 所述第一全控型器件与所述第二全控型器件的连接点作为第一连接端子，所述第三全控型器件与所述电容的连接点作为第二连接端子，所述第一连接端子和所述第二连接端子作为所述功率模块的输出端子。2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件、所述第二全控型器件和所述第三全控型器件的类型和参数均相同。3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管的类型和参数均相同。4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件与所述第二全控型器件正向串接。5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二全控型器件为第二绝缘栅双极型晶体管，所述第三全控型器件为第三绝缘栅双极型晶体管； 所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接； 所述第一二极管的正极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第一二极管的负极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接;所述第二二极管的正极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第二二极管的负极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接;所述第三二极管的正极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第三二极管的负极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接； 所述电容的正极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述电容的负极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件与所述第二全控型器件反向串接。7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于，所述第一全控型器件为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二全控型器件为第二绝缘栅双极型晶体管，所述第三全控型器件为第三绝缘栅双极型晶体管； 所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接； 所述第一二极管的正极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第一二极管的负极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接;所述第二二极管的正极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第二二极管的负极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接;所述第三二极管的正极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第三二极管的负极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接； 所述电容的正极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述电容的负极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接。8.一种换流器，其特征在于，包括第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第一组桥臂电抗器、第二组桥臂电抗器、三个充电电阻、一组三相隔离开关和一组单相隔离开关，所述第一组换流桥臂和所述第二组换流桥臂中的换流桥臂的条数均为三，所述第一组桥臂电抗器和所述第二组桥臂电抗器中的桥臂电抗器的数目均为三； 所述第一组换流桥臂中的三条换流桥臂的正极端均连接于第三连接点，所述第二组换流桥臂中的三条换流桥臂的负极端均连接于第四连接点； 所述第一组换流桥臂中的三条换流桥臂的负极端与所述第一组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的一端一一对应连接，所述第二组换流桥臂中的三条换流桥臂的正极端与第二组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的一端 对应连接，所述第一组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的另一端与第二组桥臂电抗器中三个桥臂电抗器的另一端一一对应连接； 所述第一组三个桥臂电抗器的另一端与所述第二组三个桥臂电抗器的另一端一一对应连接的三个连接点与所述三相隔离开关的三相一一对应连接，所述三相隔离开关的三相与三个所述充电电阻 对应并联； 所述单相隔离开关连接在所述第三连接点和所述第四连接点之间； 所述第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的任意一条换流桥臂均包括串接的若干个如权利要求1至7中任意一项所述的功率模块，前一个功率模块中的第二连接点与后一个功率模块中的第一连接点连接，串接后首部的功率模块中的第一连接点作为所述换流桥臂的正极端，尾部的功率模块中的第二连接点作为所述换流桥臂的负极端。9.一种如权利要求8所述换流器的充电方法，其特征在于，包括以下步骤: 断开所述三相隔离开关，闭合所述单相隔离开关，其中，换流器通过三个所述充电电阻与交流系统连接，所述交流系统经过三个所述充电电阻对所述换流器的所有换流桥臂进行充电；在所有换流桥臂的电压都稳定至到交流系统线电压的一半后，切换各换流桥臂中功率模块的解锁和闭锁状态，使各换流桥臂的功率模块的电压都稳定至所述交流系统线电压；闭锁所有换流桥臂中的功率模块，断开所述单相隔离开关，闭合所述三相隔离开关；调节各换流桥臂中解锁的功率模块的个数，使各换流桥臂的功率模块充电至额定电压。10.一种如权利要求8所述换流器的直流故障自清除方法，其特征在于，包括以下步骤: 在所述换流器充电完成后，若所述第三连接点和第四连接点发生短路，则同时闭锁所有换流桥臂中的功率模块。
【文档编号】H02M1/32GK105846704SQ201610326336
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】刘继权, 周敏, 伦振坚, 贾红舟, 鲁丽娟, 彭冠炎
【申请人】中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司