[發(fā)明專利]功率單元及使用該功率單元的電力電子變換裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611191912.7
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN108206643A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 應(yīng)建平;王明;黃宵駁;劉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 臺達(dá)電子企業(yè)管理（上海）有限公司
• 主分類號: H02M7/493
• 分類號: H02M7/493;H02M7/487
• 代理公司: 北京律智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11438
• 代理人: 姜怡;闞梓瑄

功率單元，包括：多個功率變換電路，多個變換電路中相鄰兩個功率變換電路的其中一者的第一輸出端與其中另一者的第二輸出端依次連接；本地控制器，用以輸出多個控制信號；多個驅(qū)動電路，根據(jù)多個控制信號輸出驅(qū)動信號驅(qū)動多個功率半導(dǎo)體開關(guān)的通斷，多個功率變換電路中相同位置的功率半導(dǎo)體開關(guān)所對應(yīng)的控制信號相同，多個功率變換電路中相同位置的功率半導(dǎo)體開關(guān)同時通斷。本發(fā)明功率單元可分擔(dān)更高的電壓，減少光纖、輔助電源及本地控制器的數(shù)量，簡化電路結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)可靠性，可采用低壓功率器件實現(xiàn)減少功率單元數(shù)量的目的，節(jié)約成本，僅需為每個功率變換電路配置電壓鉗位電路，減少電壓鉗位電路的數(shù)量，減少成本，提高系統(tǒng)可靠性。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2016年12月16日提交的申請?zhí)枮?01611170857.3，名稱為“功率單元及使用該功率單元的電力電子變換裝置”的中國申請的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種功率單元，以及使用這種功率單元的電力電子變換裝置。

背景技術(shù)

受目前電力電子開關(guān)器件的耐壓等級所限，在高壓大功率應(yīng)用場合中，功率單元串聯(lián)疊加的級聯(lián)式拓?fù)涫且环N較好的解決方案。傳統(tǒng)的級聯(lián)方案需要給每個功率單元配備一套光纖、輔助電源、控制板。而電壓等級的提高，需要級聯(lián)的功率單元的數(shù)量也增多，導(dǎo)致光纖、輔助電源及控制板的數(shù)量也急劇增加，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，成本高，同時也會降低系統(tǒng)的可靠性。

圖1、圖2所示為目前常用的靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator，SVG)的示意圖，其中該SVG包括三相電路，每相電路中的功率單元級聯(lián)連接。

如圖1所示，SVG的每一相電路都由多個功率單元1級聯(lián)而成，其中，每個功率單元包括第一端和第二端，每一相電路的第一個功率單元的第一端經(jīng)過濾波器L分別連接到三相電網(wǎng)的A、B和C三相線路上，相鄰兩個功率單元的其中一個的第二端與另一個的第一端連接，每一相電路的最后一個功率單元的第二端相互連接。

如圖2所述，SVG的每一相電路都由8個功率單元P1至P8級聯(lián)而成，每個功率單元包括第一端和第二端，其中相鄰兩個功率單元的其中一個的第二端與另一個的第一端連接，例如，功率單元P1的第二端與功率單元P2的第一端連接，功率單元P2的第二端與功率單元P3的第一端連接，依次類推，功率單元P7的第二端與功率單元P8的第一端連接，三相電路中三個功率單元P1的第一端經(jīng)過濾波電路(由電感、電阻和電容組成，例如LCL)分別連接于三相電網(wǎng)G的A、B和C相和負(fù)載R_load，三相電路中三個功率單元P8的第二端相互連接。每個功率單元中包括四個功率器件2，每個功率器件2由一個功率半導(dǎo)體開關(guān)S與一個二極管D構(gòu)成，功率半導(dǎo)體開關(guān)S的集電極與二極管D的陰極連接，功率半導(dǎo)體開關(guān)S的發(fā)射極與二極管D的陽極連接。

單相SVG也包括多個功率單元，每個功率單元包括第一端和第二端，相鄰兩個功率單元其中一個的第一端與另一個的第二端連接。

圖1所示的功率單元1可以是H橋電路，也可以是其它電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如半橋電路、三電平變換電路等。例如，以功率單元為H橋電路為例，H橋電路如圖3所示，包括功率半導(dǎo)體開關(guān)S1至S4和母線電容C。功率半導(dǎo)體開關(guān)S1的第一端連接于母線電容C的正極端和功率半導(dǎo)體開關(guān)S3的第一端，功率半導(dǎo)體開關(guān)S1的第二端連接于功率半導(dǎo)體開關(guān)S4的第一端，功率半導(dǎo)體開關(guān)S4的第二端連接于母線電容C的負(fù)極端和功率半導(dǎo)體開關(guān)S2的第二端，功率半導(dǎo)體開關(guān)S3的第二端連接功率半導(dǎo)體開關(guān)S2的第一端，功率半導(dǎo)體開關(guān)S1的第二端作為H橋電路的第一輸出端O₁，功率半導(dǎo)體開關(guān)S3的第二端作為H橋電路的第二輸出端O₂。

上述功率單元的級聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)若應(yīng)用于35KV的風(fēng)電廠，通常有3種實現(xiàn)方案，具體方案描述如下：