一種柔性直流換流器子模塊拓撲結構制造技術

一種柔性直流換流器子模塊拓撲結構，包括：半橋結構和MOSFET器件；所述半橋結構包括第一開關模塊、第二開關模塊和第一電容；所述第一開關模塊的負極與第二開關模塊的正極相連；所述第一電容的正極和第一開關模塊的正極相連，第一電容的負極和第二開關模塊的負極相連；所述第一開關模塊和第二開關模塊均由一個IGBT和一個二極管反并聯組成，所述半橋結構的每個IGBT并聯一個MOSFET器件；MOSFET器件與IGBT器件的并聯應用使得在開通、通流以及關斷階段時都能發揮兩種器件各自的優勢并取長補短，加入并聯的MOSFET后整個過程與傳統模塊化多電平換流器子模塊相比可大幅度降低開通關斷時間的同時降低開關損耗。

Topology structure of sub module of flexible DC converter

A kind of flexible DC converter topology module, including: half bridge and MOSFET device; the bridge structure includes a first switch module, second switch module and a first capacitor electrode and the second switch module; the first switch module is connected with the cathode; the first capacitor and the first switch module is connected to the cathode the anode and cathode of the first capacitance, second switch module is connected; the first switch module and switch module second by a IGBT and an anti parallel diode, the half bridge structure of each IGBT parallel MOSFET devices; parallel application of MOSFET and IGBT devices that can play the advantages of the two kinds of devices the respective and learn from each other in the opening, the flow and the off stage, adding parallel MOSFET after the whole process with the traditional modular multilevel converter module Compared with the utility model, the switching off time can be greatly reduced while the switching loss is reduced.

【技術實現步驟摘要】
一種柔性直流換流器子模塊拓撲結構
本專利技術涉及柔性直流輸電系統，具體涉及一種柔性直流換流器子模塊拓撲結構。
技術介紹
基于IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，絕緣柵二極晶體管)器件電壓源換流器的高壓直流輸電技術的柔性直流輸電，是目前世界上可控性最高、適應性最好的輸電技術，為解決電網面臨的諸多難題提供了一種全新的技術手段。隨著IGBT的發展以及可再生能源并網、城市增容擴建等需求的不斷擴大，基于IGBT的模塊化多電平柔性直流輸電技術近年來在電壓等級以及輸送容量等方面都有了長足的發展，并逐漸成為傳統輸電方式外的一種有力補充。換流器是柔性直流輸電系統的核心部件，而IGBT器件又是構成柔性直流換流器的關鍵器件之一。其直接決定了換流器的輸送能力、運行損耗及造價等重要性能指標。IGBT引入了電導調制作用，使得其相較于其他種類的功率器件具有較大的通流能力，因此特別適用于柔性直流輸電等大功率應用場合。同時，IGBT具有較低的通態壓降，受電壓、電流等方面因素的影響相對較小，因此在高壓柔性直流輸電類高電壓大電流領域具有十分明顯的優勢。然而由于少子的儲存等原因，IGBT的開通及關斷所需的時間都相對較長，因此造成的開通關斷損耗也相對較大。尤其在關斷過程中會產生電流拖尾現象，造成的損耗遠比其他功率器件要大。MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor,電子金屬氧化物半導體場效應晶體管)技術特性與IGBT相反，具有較小的開關時間以及較低的開關損耗。然而其在承受額定電壓時導通電阻逐漸增大，在高壓大功率應用場合下隨著通態電流的增大，通態損耗與電流有效值的平方成正比，因此造成其通態損耗較IGBT器件有了明顯的增加。為克服上述缺陷，本專利技術提出了一種基于MOSFET與IGBT并聯應用于柔性直流換流器子模塊的拓撲結構，旨在對現有拓撲結構進行優化以提高柔性直流換流器效率。
技術實現思路
本專利技術提供一種柔性直流換流器子模塊拓撲結構，可解決IGBT關斷過程中拖尾電流造成較大關斷損耗和較長關斷時間等問題。本專利技術提供一種柔性直流換流器的拓撲結構，由半橋結構和MOSFET并聯組成；所述半橋結構包括第一開關模塊、第二開關模塊和第一電容；所述第一開關模塊的負極與第二開關模塊的正極相連；所述第一電容的正極和第一開關模塊的正極相連，第一電容的負極和第二開關模塊的負極相連。進一步的，所述第一開關模塊和第二開關模塊均由一個IGBT和一個二極管反并聯組成。進一步的，半橋結構的每個IGBT并聯一個MOSFET。進一步的，所述拓撲結構的控制策略如下：在器件開通階段，給IGBT和MOSFET同時施加開通信號，由于MOSFET開通速度遠大于IGBT，因此其首先開通，且開通損耗較小。在此階段期間,導通電流將全部流過MOSFET，IGBT可實現“零電壓、零電流”的軟開通過程。在正常通流狀態下，由于MOSFET的導通電阻具有正的溫度系數，因此隨著其通態電流的逐漸增大，MOSFET的導通電阻將逐漸升高，導通電流將逐漸轉向通流能力更強的IGBT器件，并由IGBT承擔主要通流任務從而充分利用IGBT低通態損耗的優勢。在關斷過程中，為MOSFET施加一個幾百微秒的滯后關斷驅動信號，因此IGBT將首先分斷并實現零電壓關斷，直至其電流為零時MOSFET再關斷。此方法可解決IGBT關斷過程中拖尾電流造成較大關斷損耗和較長關斷時間等問題。在全部開通關斷過程中，MOSFET先于IGBT開通并在其關斷之后關斷從而實現“軟開關”的功能，充分利用了MOSFET開關損耗低、速度快，IGBT通態損耗低等優勢，同時增加了器件的使用壽命。與最接近的現有技術比，本專利技術提供的技術方案具有如下優異效果：1.本專利技術提供的柔性直流換流器子模塊拓撲結構在開關過程中IGBT可實現“零電壓、零電流”的軟開關過程，因此能夠解決其關斷過程中拖尾電流造成較大關斷損耗和較長關斷時間等問題，全部開關過程中IGBT器件幾乎沒有損耗。2.該拓撲結構在降低開關損耗的同時由于“軟開通”功能的實踐中可以提高IGBT器件的使用壽命。3.MOSFET器件與IGBT器件的并聯應用使得在開通、通流以及關斷階段時都能發揮兩種器件各自的優勢并取長補短，加入并聯的MOSFET后整個過程與傳統模塊化多電平換流器子模塊相比可大幅度降低開通關斷時間及開關損耗。4.同時由于開關損耗的降低，也將使得IGBT器件拓寬了高頻應用場合下的使用前景。附圖說明圖1為本專利技術一種柔性直流換流器子模塊拓撲結構的示意圖，圖2為采用本專利技術提供的拓撲結構的模塊化多電平柔性直流換流器拓撲示意圖；圖3為本專利技術柔性直流換流器子模塊拓撲結構和傳統子模塊拓撲結構各器件電流與時間關系示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細的說明：如下圖1所示為本專利技術提供的一種基于MOSFET與IGBT并聯應用于柔性直流換流器的子模塊拓撲結構，將傳統半橋式子模塊拓撲結構進行優化，為每個IGBT器件并聯一個MOSFET器件。如圖2所示為含有IGBT與MOSFET并聯子模塊結構的模塊化多電平柔性直流換流器拓撲示意圖，所述換流器包括三個相單元，每一個相單元分上下橋臂，每個橋臂包括若干個串聯的子模塊拓撲結構，每相上下橋臂串聯的子模塊拓撲結構數量相同；上下橋臂分別串聯限流電抗器，每相從上至下為：上橋臂所有子模塊、上橋臂電抗器、下橋臂電抗器、下橋臂所有子模塊；且每相上下橋臂的連接處外接三相交流電壓，上橋臂最上面子模塊拓撲結構的輸入端與直流正極相連，下橋臂最下端子模塊輸出端與直流負極相連。模塊化多電平柔性直流換流器橋臂內部所有子模塊均應用本專利技術提供的IGBT與MOSFET并聯的拓撲結構。含有IGBT與MOSFET并聯子模塊結構的模塊化多電平柔性直流換流器，換流器級控制各子模塊投入切出等策略與優化前無區別。子模塊級控制內部IGBT和MOSFET器件時，在器件開通階段，給IGBT和MOSFET同時施加開通信號，由于MOSFET開通速度遠大于IGBT，因此其首先開通，且開通損耗較小。在此階段期間,導通電流將全部流過MOSFET，IGBT可實現“零電壓、零電流”的軟開通過程。在正常通流狀態下，由于MOSFET的導通電阻具有正的溫度系數，因此隨著其通態電流的逐漸增大，MOSFET的導通電阻將逐漸升高，導通電流將逐漸轉向通流能力更強的IGBT器件，并由其承擔主要通流任務從而充分利用IGBT低通態損耗的優勢。在關斷過程中，為MOSFET施加一個幾百微秒的滯后關斷驅動信號，因此IGBT將首先分斷并實現零電壓關斷，直至其電流為零時再關斷MOSFET。該拓撲結構可解決IGBT關斷過程中拖尾電流造成較大關斷損耗和較長關斷時間等問題。在全部開通關斷過程中，MOSFET先于IGBT開通并在其關斷之后關斷從而實現“軟開關”的功能，充分利用了MOSFET開關損耗低、速度快，IGBT通態損耗低等優勢，同時增加了器件的使用壽命。如圖3所示為優化前后各器件電流與時間關系示意圖。最后應當說明的是:以上實施例僅用于說明本申請的技術方案而非對其保護范圍的限制,盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明,所屬領域的普通技術人員應當理解；本領域技本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性直流換流器子模塊拓撲結構，其特征在于，所述拓撲結構包括：半橋結構和MOSFET器件；所述半橋結構包括第一開關模塊、第二開關模塊和第一電容；所述第一開關模塊的負極與第二開關模塊的正極相連；所述第一電容的正極和第一開關模塊的正極相連，第一電容的負極和第二開關模塊的負極相連。

【技術特征摘要】
1.一種柔性直流換流器子模塊拓撲結構，其特征在于，所述拓撲結構包括：半橋結構和MOSFET器件；所述半橋結構包括第一開關模塊、第二開關模塊和第一電容；所述第一開關模塊的負極與第二開關模塊的正極相連；所述第一電容的正極和第一開關模塊的正極相連，第一電容的負極和第二開關模塊的負極相連。2.如權利要求1所述的拓撲結構，其特征在于，所述第一開關模塊和第二開關模塊均由一個IGBT和一個二極管反并聯組成。3.如權利要求2所述的拓撲結構，其特征在于，所述半橋結構的每個IGBT并聯一個MOSFET器件。4.如權利要求1所述拓撲結構，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周季，賀之淵，李強，江偉，別小玉，周楊，陽岳希，馬巍巍，許韋華，
申請(專利權)人：國網智能電網研究院，國網福建省電力有限公司電力科學研究院，國家電網公司，
類型：發明
國別省市：北京,11