[發明專利]一種鏈式多電平變流器功率模塊的靜態均壓系統

有效

• 申請號: 201410193387.7
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103944434A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 康成;梅紅明;劉樹;劉建政;王一;韓義;陳秋榮;魏海軍;王皆慶
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保自動化股份有限公司;張家港智電柔性輸配電技術研究所有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，涉及一種鏈式多電平變流器功率模塊靜態均壓系統，應用于需要鏈式多電平變流器等較高耐壓水平的電力電子設備。

背景技術

鏈式多電平變流器在預充電過程中，流過串聯功率模塊的電流是相同的。如果功率模塊的元器件參數完全一致，理論上所有功率模塊的電壓在預充電過程中是同步上升并保持一致的，充電結束后也會達到相同的直流電壓Udc。但實際上，元器件不可避免的存在各種差異，從而造成功率模塊內的損耗并不完全一致。

實際測量結果表明，在預充電過程中，由開關電源等恒功率負載產生的功耗占據了功率模塊總損耗中的主要部分，也就是說，功率模塊在預充電過程中的損耗可近似認為是開關電源等恒功率負載產生的。鏈式多電平變流器功率模塊之間小幅的恒功率負載損耗差異就會導致功率模塊的直流電壓之間出現顯著的不平衡。在預充電啟動后一定時間內，功率模塊的直流電壓會逐漸發散，一部分功率模塊的直流電壓持續下降，而另一部分功率模塊的直流電壓則會繼續上升，從而導致功率模塊直流電壓失穩。功率模塊的直流電壓低于開關電源的啟動電壓時，會影響功率模塊甚至鏈式多電平變流器的正常運行，而功率模塊直流電壓的持續上升很容易造成直流電容和電力電子器件因過壓損壞，這對于高壓大容量的鏈式多電平變流器設備是非常危險的。

對于鏈式多電平變流器功率模塊，最有效的靜態均壓電路是在功率模塊直流電容的兩端并聯均壓電阻，該方法簡單易行，但并聯均壓電阻始終處于工作狀態，無形中增加了鏈式多電平變流器的損耗。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種鏈式多電平變流器功率模塊的靜態均壓系統，能夠在有效控制鏈式多電平變流器功率模塊靜態直流電壓均衡的同時，最大程度上降低鏈式多電平變流器的損耗，提高效率。

為解決上述技術問題，本申請采用的技術方案為：

一種鏈式多電平變流器功率模塊的靜態均壓系統，所述靜態均壓系統包括均壓電阻、可控開關以及自取電控制系統，其特征在于：

所述均壓電阻與可控開關組成串聯支路，所述串聯支路與功率模塊中母線電容并聯；

所述自取電控制系統包括一個或一組電阻、穩壓管、濾波電容以及光電耦合元器件組成，

其中，所述穩壓管、光耦合元器件以及濾波電容并聯形成一并聯支路；

所述一個或一組電阻與所述并聯支路串聯形成自取電控制系統；

所述自取電控制系統與所述功率模塊中的母線電容并聯；

所述自取電控制系統中的所述一個或一組電阻與所述穩壓管的節點與所述可控開關的控制端連接。

本發明還優選以下方案：

所述自取電控制系統中的穩壓管與所述可控開關之間還串聯一分壓限流電阻。

所述光電耦合元器件的控制信號為本功率模塊逆變橋中功率器件的解鎖信號。

所述光電耦合元器件對本可控開關的柵極電壓VGE進行控制，從而實現了所述功率模塊靜態均壓系統的可控開關和本功率模塊直流高壓電路的隔離。

本申請還公開了一種基于前述靜態均壓系統的鏈式多電平變流器功率模塊，其特征在于：

所述功率模塊均包括：逆變橋、母線電容、開關電源和靜態均壓系統；

所述每個功率模塊中的逆變橋交流側為所述功率模塊的輸入端，所述每個功率模塊中的逆變橋直流側為所述功率模塊的母線電容；

所述每個功率模塊中的開關電源輸入端與所述功率模塊中的母線電容或功率模塊的輸入端連接，所述每個功率模塊中的開關電源輸出端為所述功率模塊的就地控制板。

一種包括前述功率模塊的鏈式多電平變流器，其特征在于：

所述鏈式多電平變流器由三路分別接入三相電網側的鏈式功率模塊組成，每一路鏈式功率模塊均包括兩個或兩個以上相互串聯的功率模塊。

所述光電耦合元器件的控制信號為本功率模塊逆變橋中功率器件的解鎖信號：預充電過程中，所述功率模塊逆變橋中功率器件的解鎖信號為常開，本功率模塊中的靜態均壓系統投入；當預充電結束后，本功率模塊逆變橋中功率器件的解鎖信號為常閉，本功率模塊中的靜態均壓系統退出。所述光電耦合元器件對本可控開關的柵極電壓VGE進行控制，從而實現了所述功率模塊靜態均壓系統的可控開關和本功率模塊直流高壓電路的隔離。