技术摘要：
本申请提供电力电子有载分接开关及其控制方法。所述电力电子有载分接开关包括调压支路、通流支路和辅助切换电路，调压支路包括串联连接的第一调压电路和第二调压电路，第一调压电路包括串联连接的第一功率半导体模块和第一调压绕组；第二调压电路包括串联连接的第二功  全部
背景技术：
随着高压直流输电技术的不断发展，高压直流输电容量也不断提升。在所有高压 直流输电工程中，换流变压器属于最重要的设备之一，而其配套使用的有载分接开关也是 补偿交流电网电压波动、整流及逆变控制角优化、实现直流降压运行模式的关键设备。 换流变压器与电力变压器不同，电力变压器用有载分接开关在交流正弦波级电压 的作用下，开断交流正弦波电流，调压范围不大，一般为±8×1.25％。而换流变压器调压范 围大，正负方向一般不对称，正负总的调压范围可达30％～40％；网侧电流为有陡波前的方 波电流，电流上升率di/dt大于正弦波，有载分接开关的切换条件更加严厉。 目前，我国高压直流输电工程所使用的机械有载分接开关多为油浸式真空有载分 接开关，但其机械结构复杂易引发机械机构断裂、有载开关故障后绝缘油易引发爆炸起火， 给高压直流输电运行带来安全隐患。 现有技术的一些方案中，利用电力电子开关替代切换电路的机械开关，使得调压 过程中，实现无弧切换，此方案为混合有载分接开关，并没有取消机械切换机构。 现有技术的一些方案中，利用电力电子开关替代分接开关，取消切换电路，通过控 制电力电子开关的开通与关断，来控制投入调压绕组的级数，此方案为电力电子有载分接 开关，但只适合35kV电压等级以下，调压级数少的变压器有载分接开关。当电压等级提高， 调压级数增加，功率半导体模块两端的最大耐受电压也会提高，需要通过增加功率半导体 器件串联数来耐受更高的电压。
技术实现要素：
本申请实施例提供一种电力电子有载分接开关，包括调压支路、通流支路和辅助 切换电路，所述调压支路包括串联连接的第一调压电路和第二调压电路，所述第一调压电 路包括串联连接的第一功率半导体模块和第一调压绕组；所述第二调压电路包括串联连接 的第二功率半导体模块和第二调压绕组，所述第一调压绕组和所述第二调压绕组是变压器 的原边绕组；所述通流支路与所述调压支路并联连接在所述电力电子有载分接开关的输入 端和输出端之间，所述通流支路包括串联连接的第一通流电路和第二通流电路，所述第一 通流电路包括第三功率半导体模块，所述第二通流电路包括第四功率半导体模块；所述辅 助切换电路的一端连接于所述第一调压电路和所述第二调压电路的连接点，另一端连接于 所述第一通流电路和所述第二通流电路的连接点，所述辅助切换电路包括并联连接的第五 功率半导体模块和电阻。 根据一些实施例，所述第一功率半导体模块、所述第二功率半导体模块、所述第三 功率半导体模块、所述第四功率半导体模块、所述第五功率半导体模块均包括：至少一个全 4 CN 111555330 A 说　明　书 2/6 页 控型功率开关器件模块和非线性电阻，所述全控型功率开关器件模块包括两只反向串联连 接的全控型功率开关器件，所述全控型功率开关器件两端均反并联有二极管；所述非线性 电阻并联连接在所述全控型功率开关器件模块两端。 根据一些实施例，所述第一功率半导体模块、所述第二功率半导体模块、所述第三 功率半导体模块、所述第四功率半导体模块、所述第五功率半导体模块均包括至少一个全 桥模块和非线性电阻，所述全桥模块包括四只全控型功率开关器件及电容器，全控型功率 开关器件两端均反并联有二极管；所述非线性电阻并联连接在串联连接的至少一个所述全 桥模块两端。 根据一些实施例，所述第一功率半导体模块、所述第二功率半导体模块、所述第三 功率半导体模块、所述第四功率半导体模块、所述第五功率半导体模块均包括反向并联的 两组单向通流模块和非线性电阻，所述单向通流模块包括正向串联连接的至少一对全控型 功率开关器件和不控器件，所述全控型功率开关器件两端均反并联有二极管；所述非线性 电阻与所述反向并联的两组单向通流模块互相并联。 根据一些实施例，所述第一功率半导体模块、所述第二功率半导体模块、所述第三 功率半导体模块、所述第四功率半导体模块、所述第五功率半导体模块均包括非线性电阻、 全控型功率开关器件串联模块和不控器件全桥模块，所述不控器件全桥模块的每个桥臂包 括正向串联连接的至少两个不控器件，两个桥臂的中点作为所述功率半导体模块的输入端 和输出端，所述全控型功率开关器件两端均反并联二极管；所述非线性电阻、全控型功率开 关器件串联模块和不控器件全桥模块的两个桥臂互相并联连接。 本申请实施例还提供一种如上所述电力电子有载分接开关的控制方法，包括：控 制所述第一功率半导体模块、所述第二功率半导体模块、所述第三功率半导体模块、所述第 四功率半导体模块、所述第五功率半导体模块的开通与关断，来投入与退出所述第一调压 绕组、第二调压绕组，从而调节所述电力电子有载分接开关所处的挡位，使电流从所述调压 支路和所述通流支路并联连接的一端流入，从所述调压支路和所述通流支路并联连接的另 一端流出。 根据一些实施例，所述电力电子有载分接开关所处的挡位为I挡时，关断所述第一 功率半导体模块、所述第二功率半导体模块，开通所述第三功率半导体模块、所述第四功率 半导体模块、所述第五功率半导体模块，电流经所述第一通流电路、所述第二通流电路流 通，接入变压器的原边的调压绕组级数为0，所述第一功率半导体模块、所述第二功率半导 体模块两端压降仅为1级调压绕组的电压。 根据一些实施例，所述变压器的副边电压高于额定电压时，需要所述电力电子有 载分接开关挡位从I挡调至II挡，使电流经所述第一调压电路、所述辅助切换电路、所述第 二通流电路流通，接入所述变压器的原边的调压绕组级数为1，所述第二功率半导体模块、 所述第三功率半导体模块两端压降仅为1级调压绕组的电压；变压器副边电压高于额定电 压时，需要所述电力电子有载分接开关挡位从II挡调至III挡，使电流经所述第一调压电 路、所述第二调压电路流通，接入变压器原边的调压绕组级数为2，所述第三功率半导体模 块、所述第四功率半导体模块两端压降仍仅为1级调压绕组的电压；变压器副边电压低于额 定电压时，需要所述电力电子有载分接开关挡位从III挡调至II挡，II挡调至I挡。 根据一些实施例，所述电力电子有载分接开关挡位从I挡调至II挡，包括：关断所 5 CN 111555330 A 说　明　书 3/6 页 述第五功率半导体模块；开通所述第一功率半导体模块；投入所述电阻和所述第一调压绕 组；关断所述第三功率半导体模块；开通所述第五功率半导体模块。 根据一些实施例，所述电力电子有载分接开关挡位从II挡调至III挡，包括：关断 所述第五功率半导体模块；开通所述第二功率半导体模块；投入所述电阻和所述第二调压 绕组；关断所述第四功率半导体模块；开通所述第五功率半导体模块。 本申请实施例提供的技术方案，可将有载分接开关通过串联连接的方式，增加可 投入变压器原边的调压绕组级数，提高有载分接开关可调节的挡数。电力电子有载分接开 关相比于机械有载分接开关，取消了机械机构，也无需使用绝缘油，消除了目前高压直流输 电工程换流变有载分接开关所存在的两大隐患。且功率半导体模块两端压降，在有载调压 各个挡位下，均为1级调压绕组的电压，降低所需功率半导体器件串联数。通过控制辅助切 换电路中功率半导体模块的开通与关断，投入或退出电阻，能起到限制调压切换过程中的 绕组瞬时的短接电流的效果，增加可行性，而且辅助切换电路为三个挡位切换中共用，能够 减少电力电子器件的数量，提高经济性。 附图说明 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。 图1是本申请实施例提供的一种电力电子有载分接开关示意图。 图2是本申请实施例提供的一种功率半导体模块示意图之一。 图3是本申请实施例提供的一种功率半导体模块示意图之二。 图4是本申请实施例提供的一种功率半导体模块示意图之三。 图5是本申请实施例提供的一种功率半导体模块示意图之四。 图6是本申请实施例提供的一种电力电子有载分接开关的控制方法流程示意图。