[發明專利]一種混合單相大功率逆變拓撲及其控制方法

有效

• 申請號: 201910648207.2
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110429846B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 全曉慶;汪飛;馮夏云;任林濤;施云杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H02M7/521
• 分類號: H02M7/521;H02M7/5387;H02J3/38
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發明提供了一種混合單相大功率逆變拓撲及其控制方法，包括4個絕緣柵雙極晶體管、4個門極可關斷晶閘管、4個續流二極管、5個電感、2個電容和2個電流傳感器。在傳統的單相電壓型全橋逆變電路的基礎上，并聯了基于門極可關斷晶閘管GTO的單相電流源型全橋逆變電路，可整體提升逆變電路的功率。本發明可有效降低大功率逆變電路的成本，由于該新型拓撲由兩個單相全橋逆變電路并聯，并網電流即可由兩個支路提供，利用流經新增支路門極可關斷晶閘管的并網電流，可有效減輕傳統的單相全橋逆變電路中開關管的載流壓力，從而實現將小功率的開關管應用到大功率逆變并網的場合，有效地降低了實際中大功率逆變電路的成本。

技術領域

本發明針對電力電子逆變器并網領域，具體涉及一種混合單相大功率逆變拓撲及其控制方法。

背景技術

隨著社會經濟的高速發展，逆變器的應用領域日漸廣泛，同時對逆變器的輸出性能、工作可靠性、使用壽命、性價比等要求越來越高，如工程所需逆變器的容量不斷增大，逆變電源的功率作為輸出性能的一個重要指標也面臨著越來越嚴峻的挑戰，尤其是在工業用電方面，如大型軋鋼廠的電弧爐等設備需要幾十kA的工作電流，功率高達500MW。因此，逆變器并聯技術被提出，并廣泛應用在軌道牽引、新能源發電、高壓直流輸電等領域。但對于目前存在的逆變器并聯拓撲，皆是采用相同的開關器件，其中以絕緣柵雙極晶體管IGBT居多，盡管在輸出電壓一定的情況下，通過并聯得到更大的并網電流從而提升逆變器的輸出功率，但是在大功率要求的場合下，逆變器并聯技術所需的逆變器數量大，成本高；且逆變器間需要通信，因控制方式的不同部分逆變器間需要互聯線，從而會降低系統的可靠性。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術的不足，提出一種混合單相大功率逆變拓撲及其控制方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種混合單相大功率逆變拓撲，基于IGBT電壓源型逆變器與GTO電流源型逆變器，包括第一絕緣柵雙極晶體管、第二絕緣柵雙極晶體管、第三絕緣柵雙極晶體管、第四絕緣柵雙極晶體管、第一門極可關斷晶閘管、第二門極可關斷晶閘管、第三門極可關斷晶閘管、第四門極可關斷晶閘管、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第一電感、第二電感、第三電感、第四電感、第五電感、第一電容、第二電容、第一電流傳感器和第二電流傳感器；直流母線的正極與第一電感的一端、第一絕緣柵雙極晶體管的集電極、第二絕緣柵雙極晶體管的集電極、第一二極管的陰極、第二二極管的陰極連接；直流母線的負極與第二門極可關斷晶閘管的陰極、第四門極可關斷晶閘管的陰極、第二絕緣柵雙極晶體管的發射極、第四絕緣柵雙極晶體管的發射極、第二二極管的陽極、第四二極管的陽極連接；第一電感的另一端與第一門極可關斷晶閘管的陽極、第三門極可關斷晶閘管的陽極連接；第一門極可關斷晶閘管的陰極與第二門極可關斷晶閘管的陽極、第一電容的一端、第二電感的一端連接；第三門極可關斷晶閘管的陰極與第四門極可關斷晶閘管的陽極、第二電容的一端、第五電感的一端連接；第一絕緣柵雙極晶體管的發射極與第二絕緣柵雙極晶體管的集電極、第三電感的一端相連；第三絕緣柵雙極晶體管的發射極與第四絕緣柵雙極晶體管的集電極、第四電感的一端連接；電網的一端與第二電感的另一端、第三電感的另一端連接；電網的另一端與第四電感的另一端、第五電感的另一端連接。

由IGBT及與其反向并聯的續流二極管組成的四個開關管構成單相全橋電壓源型逆變拓撲；由第一電感和四個門極可關斷晶閘管構成單相全橋電流源型逆變拓撲；這種基于IGBT電壓源型逆變器與GTO電流源型逆變器的混合單相大功率逆變拓撲結構由一個單相全橋電壓源型逆變拓撲和一個單相全橋電流源型逆變拓撲并聯構成。

直流母線側串聯較大感值的第一電感，使流過門極可關斷晶閘管的電流i₁基本無脈動，從而使得基于GTO的逆變支路呈現電流源特性；IGBT及與其反向并聯的續流二極管組成的四個開關管構成單相全橋電壓源型逆變拓撲，通過對電流i₂的閉環控制，進而實現對并網電流的控制。