一種兩電平逆變器的取能電路及其啟動控制方法技術

本發明專利技術提供了一種兩電平逆變器的取能電路，該取能電路的數量為2n，且分別并聯在兩電平逆變器中功率器件的兩端；取能電路包括串聯的電容器和第二二極管；第二二極管的陽極與功率器件的集電極連接，陰極通過電容器與功率器件的發射極連接；一種兩電平逆變器的取能電路的啟動控制方法，包括步驟1：設定兩電平逆變器的第一觸發信號和第二觸發信號；驟2：采用第一觸發信號和第二觸發信號對兩電平逆變器進行觸發，當觸發完成后向兩電平逆變器輸出PWM控制信號，以啟動兩電平逆變器正常工作。與現有技術相比，本發明專利技術提供的一種兩電平逆變器的取能電路及其啟動控制方法，緩解了功率模塊和取能電路承受電流的應力，能夠有效地保護功率模塊和取能電路。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電力電子
，具體涉及一種兩電平逆變器的取能電路及其啟動 控制方法。
技術介紹
目前柔性直流輸電采用IGBT器件換流閥，主要有三種拓撲結構：三相兩電平換流 拓撲，模塊化多電平換流拓撲（MMC)和級聯兩電平換流拓撲。三相兩電平拓撲是目前工程 中應用最廣泛的電壓源換流器拓撲，模塊化多電平拓撲可以輸出波形品質較高的輸出電壓 波形，拓撲靈活性增強，級聯兩電平換流拓撲在結構上與模塊化多電平換流拓撲相似，即其 橋臂主要由多個具有相同結構的兩電平換流器子模塊串聯構成，其主要區別為在通過IGBT 模塊串聯大幅提升子模塊可選擇的電壓等級。子模塊電壓等級的提高使得換流器可以達到 較高的直流電壓。 隨著全球能源互聯網提出，電網架構朝著更高電壓等級、更大容量方向發展，采用 模塊化多電平技術與多個IGBT串聯結合的技術路線才能滿足未來更高高壓等級需求。多 個IGBT串聯使用時，由于各串聯IGBT內部參數以及開通關斷驅動脈沖的時間及幅值存在 差異，串聯器件之間會產生靜態及動態電壓不均的問題。針對IGBT串聯均壓問題，必須設 計實時控制和保護IGBT模塊的驅動控制裝置。目前IGBT驅動控制裝置供能方式包括：低 位送能和高位取能。低位送能即以設備站內配電系統為能源，通過電能變換和高壓隔離，為 功率模塊的控制保護提供電源。但在高壓應用場合下，存在外部絕緣和結構安裝等問題，設 備的體積和造價都很大，一般用于電壓相對較低場合。對于高壓場合，由于隔離電壓高、變 壓器二次側回路多，地面送能方式難度較大、經濟性較差，通常采用高位取能。高位取能即 從回路直流儲能元件取得能量。由于換流閥內IGBT功率模塊處于較高電位，驅動控制器一 般采用高電取能方式供電。現有高位取能方式常見方式有電流取能和電壓取能。電流取能 通常利用特制的電流互感器（CT)從有電流的線路上感應電壓，電壓取能通過并聯與阻容 電路兩端結合電壓變換電路獲取電壓，再采用DC-DC變換技術，實現高低壓隔離變換，再加 以完整可靠的檢測電路、反饋電路、保護電路，最終穩定安全為功率模塊的控制保護裝置提 供持續電源。 隨著電壓等級提高，IGBT驅動控制裝置工作環境更加惡劣，電磁環境惡劣，驅動控 制裝置采用低位送能隔離困難，需要采用高位取能方式。 IGBT功率模塊兩端承擔主電壓和快速電壓變化，若驅動不能正常工作，否則會損 壞器件。此外，IGBT串聯均壓控制系統需要穩定的低壓直流電源。由于取能電源是從功率 模塊本身主電路部分取能，換流閥工作前開關器件已經承受了一定的主電壓，因此如何保 障高位取能電源工作前和故障時功率模塊的可靠性成為IGBT換流閥的一個關鍵問題，這 樣需要提供一種IGBT串聯的取能電路及啟動控制方法，用于更高電壓等級換流閥，減小啟 動浪涌電流，保護IGBT模塊，實現換流閥安全啟動。
技術實現思路
為了滿足現有技術的需要，本專利技術提供了一種兩電平逆變器的取能電路及其啟動 控制方法。 第一方面，兩電平逆變器的取能電路的技術方案是： 所述兩電平逆變器包括直流電源UDC，以及串聯的上橋臂單元和下橋臂單元；所述 上橋臂單元和下橋臂單元均由一個功率模塊或由n個串聯的功率模塊構成，n至少為2;所 述直流電源UDe并聯在上橋臂單元和下橋臂單元的兩端；所述功率模塊包括功率器件和第 一二極管，所述第一二極管反向并聯在功率器件的兩端； 所述取能電路的數量為2n，且分別并聯在所述功率器件的兩端； 所述取能電路包括串聯的電容器和第二二極管；所述第二二極管的陽極與所述功 率器件的集電極連接，陰極通過所述電容器與功率器件的發射極連接。 優選的，所述取能電路還包括功率模塊驅動單元的等效電阻，所述等效電阻并聯 在電容器兩端； 優選的，所述功率器件為IGBT。 第二方面，兩電平逆變器的取能電路的啟動控制方法的技術方案是： 所述方法包括： 步驟1 :設定所述兩電平逆變器的第一觸發信號和第二觸發信號；所述第一觸發 信號為上橋臂單元中功率器件的觸發信號，所述第二觸發信號為下橋臂單元中功率器件的 觸發信號； 步驟2 :采用所述第一觸發信號和第二觸發信號對兩電平逆變器進行觸發，當觸 發完成后向兩電平逆變器輸出PWM控制信號，以啟動兩電平逆變器正常工作。 優選的，設定所述第一觸發信號包括： 設定第一觸發信號的觸發周期Tsl=T^+T^i、T-為上橋臂單元的導通時間和 Trffl為上橋臂單元的截止時間；所述第一觸發信號中第i+1個觸發周期的導通時間大于第 i個觸發周期的導通時間，i彡1; 設定所述第二觸發信號包括： 設定第二觸發信號的觸發周期Ts2=T"2+1^2、Tw為下橋臂單元的導通時間和 Trff2為下橋臂單元的截止時間；所述第二觸發信號中第i+1個觸發周期的導通時間大于第 i個觸發周期的導通時間，i彡1; 優選的，所述第一觸發信號和第二觸發信號的參數設定關系為：⑴ 所述第二觸發信號相對于第一觸發信號的延遲時間為 與最接近的現有技術相比，本專利技術的優異效果是： 本專利技術提供的，通過設定連續變 化的債脈沖分別觸發兩電平逆變器的上下橋臂，控制功率模塊正常工作前的導通時間和取 能電容的充電速度，延長取能電路的充電時間，降低了兩點品高逆變器啟動時的充電電流。 該軟啟動方式緩解了功率模塊和取能電路承受電流的應力，能夠有效地保護功率模塊和取 能電路。【附圖說明】 下面結合附圖對本專利技術進一步說明。 圖1 :本專利技術實施例中一種兩電平逆變器的取能電路結構示意圖； 圖2 :本專利技術實施例中兩電平逆變器的PWM控制信號啟動時取能電容的電流電壓 示意圖； 圖3 :本專利技術實施例中取能電路的觸發信號示意圖； 圖4 :本專利技術實施例中觸發信號啟動時取能電容的電流電壓示意圖。【具體實施方式】 下面詳細描述本專利技術的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本專利技術，而不能理解為對本專利技術的限制。 本專利技術提供的一種基于兩電平逆變器的高電位取能電路及其啟動控制方法，如圖 1所示兩電平逆變器的結構為： 1、本實施例中該兩電平逆變器包括直流電源UDe，以及串聯的上橋臂單元和下橋臂 單元。其中， ①：上橋臂單元和下橋臂單元均由一個功率模塊或由n個串聯的功率模塊構成，n 至少為2 ;直流電源UDe并聯在上橋臂單元和下橋臂單元的兩端。 如圖1所示，上橋臂單元由功率模塊~功率模塊T"串聯組成，下橋臂單元由功 率模塊Tn+1~功率模塊T2n串聯組成。 ②：功率模塊包括功率器件和第一二極管，第一二極管反向并聯在功率器件的兩 端。[0當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種兩電平逆變器的取能電路，所述兩電平逆變器包括直流電源UDC，以及串聯的上橋臂單元和下橋臂單元；所述上橋臂單元和下橋臂單元均由一個功率模塊或由n個串聯的功率模塊構成，n至少為2；所述直流電源UDC并聯在上橋臂單元和下橋臂單元的兩端；所述功率模塊包括功率器件和第一二極管，所述第一二極管反向并聯在功率器件的兩端；其特征在于，所述取能電路的數量為2n，且分別并聯在所述功率器件的兩端；所述取能電路包括串聯的電容器和第二二極管；所述第二二極管的陽極與所述功率器件的集電極連接，陰極通過所述電容器與功率器件的發射極連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳中圓，鄒格，王志霞，李金元，
申請(專利權)人：國網智能電網研究院，國家電網公司，
類型：發明
國別省市：北京;11