[發明專利]一種單相電壓源型大功率逆變拓撲及其控制方法

有效

• 申請號: 201910648216.1
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110429849B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 馮夏云;汪飛;全曉慶;任林濤;施云杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種單相電壓源型大功率逆變拓撲，基于GTO電壓源型逆變器與IGBT電壓源型逆變器，其特征在于：包括第一門極可關斷晶閘管(VT₁)、第二門極可關斷晶閘管(VT₂)、第三門極可關斷晶閘管(VT₃)、第四門極可關斷晶閘管(VT₄)、第一絕緣柵雙極晶體管(V₁)、第二絕緣柵雙極晶體管(V₂)、第三絕緣柵雙極晶體管(V₃)、第四絕緣柵雙極晶體管(V₄)、第一二極管(VD₁)、第二二極管(VD₂)、第三二極管(VD₃)、第四二極管(VD₄)、第五二極管(VD₅)、第六二極管(VD₆)、第七二極管(VD₇)、第八二極管(VD₈)、電容(C)、第一電感(L₁)、第二電感(L₂)、第三電感(L₃)、第四電感(L₄)、第一電流傳感器(CT₁)和第二電流傳感器(CT₂)；直流母線的正極與電容(C)的一端、第一門極可關斷晶閘管(VT₁)的陽極、第五二極管(VD₅)的陰極、第三門極可關斷晶閘管(VT₃)的陽極、第七二極管(VD₇)的陰極、第一絕緣柵雙極晶體管(V₁)的集電極、第一二極管(VD₁)的陰極、第三絕緣柵雙極晶體管(V₃)的集電極和第三二極管(VD₃)的陰極連接；直流母線的負極與電容(C)的另一端、第二門極可關斷晶閘管(VT₂)的陰極、第六二極管(VD₆)的陽極、第二絕緣柵雙極晶體管(V₂)的發射極、第二二極管(VD₂)的陽極、第四門極可關斷晶閘管(VT₄)的陰極、第八二極管(VD₈)的陽極、第四絕緣柵雙極晶體管(V₄)的發射極和第四二極管(VD₄)的陽極連接；第一門極可關斷晶閘管(VT₁)的陰極與第二門極可關斷晶閘管(VT₂)的陽極、第一電感(L₁)的一端連接；第三門極可關斷晶閘管(VT₃)的陰極與第四門極可關斷晶閘管(VT₄)的陽極、第三電感(L₃)的一端連接；第一絕緣柵雙極晶體管(V₁)的發射極與第二絕緣柵雙極晶體管(V₂)的集電極、第二電感(L₂)的一端相連；第三絕緣柵雙極晶體管(V₃)的發射極與第四絕緣柵雙極晶體管(V₄)的集電極、第三電感(L₃)的一端相連；電網的一端與第一電感(L₁)的另一端、第二電感(L₂)的另一端連接；電網的另一端與第三電感(L₃)的另一端、第四電感(L₄)的另一端連接；

所述單相電壓源型大功率逆變拓撲運行時的控制方法，具體按照以下步驟進行：

步驟一：第一電流傳感器(CT₁)所測結果為流經門極可關斷晶閘管的電流i₁的實際值，對門極可關斷晶閘管GTO單相電壓源型全橋逆變支路單獨運行時進行控制；以流經門極可關斷晶閘管的電流i₁(s)為控制目標，并網電流參考值i_ref(s)分為兩路，一路是模型前饋控制器的輸入，另一路與第一電流傳感器(CT₁)測得的流經門極可關斷晶閘管的電流i₁(s)作差，得到誤差值e₁(s)，經過G_GTO控制器輸出，經過G_GTO控制器的輸出值與并網電流參考值i_ref(s)經過前饋控制器sL₁’的輸出值相加，共同組成控制橋臂開通與關斷的斬波信號，該信號經過G_GTO—pwm和電感濾波器sL₁后，即得到流經門極可關斷晶閘管的電流i₁(s)；

步驟二：第二電流傳感器(CT₂)所測結果為流經絕緣柵雙極晶體管的電流i₂的實際值，對絕緣柵雙極晶體管IGBT單相電壓源型全橋逆變支路單獨運行時進行控制；以流經絕緣柵雙極晶體管的電流i₂(s)為控制目標，并網電流參考值i_ref(s)分為兩路，一路是模型前饋控制器的輸入，另一路與第二電流傳感器(CT₂)測得的流經門極可關斷晶閘管的電流i₂(s)作差，得到誤差值e₂(s)，經過G_IGBT控制器輸出，該輸出值與并網電流參考值i_ref(s)經過前饋控制器sL₂’的輸出值相加，共同組成控制橋臂開通與關斷的斬波信號，該信號經過G_IGBT—pwm和電感濾波器sL₂后，即得到流經絕緣柵雙極晶體管的電流i₂(s)；

步驟三：GTO與IGBT兩個單相電壓源型全橋逆變支路同時工作，按以下方法進行控制；其中，GTO單相電壓源型全橋逆變支路的控制方法與其單獨工作時的控制方法一致，具體操作可參照步驟一；根據步驟一中對門極可關斷晶閘管GTO單相電壓源型全橋逆變支路單獨運行時控制所得的i₁(s)，在步驟二控制方法的基礎上引入流經絕緣柵雙極晶體管的電流的參考值i_{2_ref}(s)的計算環節，構成兩個逆變支路同時運行時絕緣柵雙極晶體管IGBT單相電壓源型全橋逆變支路的控制方法；GTO單相電壓源型全橋逆變支路和IGBT單相電壓源型全橋逆變支路同時工作時，并網電流i由兩個逆變支路電流共同提供，即i＝i₁+i₂；根據步驟一中第一電流傳感器(CT₁)測得的流經門極可關斷晶閘管的電流i₁的實際值，計算出流經絕緣柵雙極晶體管的電流的參考值i_{2_ref}(s)，如公式(1)所示；

i_{2_ref}(s)＝i_ref(s)-i₁(s) (1)

該參考值分為兩路，一路是模型前饋控制器的輸入，另一路與第二電流傳感器(CT₂)測得的流經門極可關斷晶閘管的電流i₂(s)作差，得到誤差值e₂(s)，經過G_IGBT控制器輸出，經過G_IGBT控制器的輸出值與并網電流參考值i_ref(s)經過前饋控制器sL₂’的輸出值相加，共同組成控制橋臂開通與關斷的斬波信號，該信號經過G_IGBT—pwm和電感濾波器sL₂后，即得到GTO單相電壓源型全橋逆變支路和IGBT單相電壓源型全橋逆變支路同時工作時流經絕緣柵雙極晶體管的電流i₂(s)。