[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

本發明提供了一種單相電壓源型大功率逆變拓撲及控制方法，包括4個門極可關斷晶閘管、4個絕緣柵雙極晶體管、8個續流二極管、1個電容、4個電感和2個電流傳感器。全控型門極可關斷晶閘管GTO的載流能力很強，特別適合工作在大功率場合，然而電流驅動型器件的開關頻率很低，并不適合運用在傳統的單相全橋逆變拓撲電路中。針對GTO這種缺陷，結合GTO的大載流能力和IGBT的高開關頻率優點，在GTO單相電壓源型全橋逆變電路的基礎上，并聯了傳統的基于絕緣柵雙極晶體管IGBT的單相電壓源型全橋逆變電路，并采用模型前饋控制與反饋閉環控制相結合的控制方法，有效地改善了GTO單相電壓源型全橋逆變電路輸出特性。

技術領域

本發明針對電力電子逆變器并網領域，具體涉及一種單相電壓源型大功率逆變拓撲結構。

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。門極可關斷晶閘管GTO的成本低且載流能力強，可達幾千安，特別適合工作在大功率場合，但其電流驅動方式限制了其開關頻率，因此基于門極可關斷晶閘管GTO的單相電壓源型全橋逆變電路的并網電流紋波大，輸出電能質量極差，不能對其進行并網控制，這種缺陷限制了其在逆變器領域的應用。

發明內容

本發明目的在于針對已有技術的不足，提出一種單相電壓源型大功率逆變拓撲結構。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種單相電壓源型大功率逆變拓撲，基于GTO單相電壓源型逆變器與IGBT單相電壓源型逆變器，包括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、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管、電容、第一電感、第二電感、第三電感、第四電感、第一電流傳感器和第二電流傳感器；直流母線的正極與電容的一端、第一門極可關斷晶閘管的陽極、第五二極管的陰極、第三門極可關斷晶閘管的陽極、第七二極管的陰極、第一絕緣柵雙極晶體管的集電極、第一二極管的陰極、第三絕緣柵雙極晶體管的集電極和第三二極管的陰極連接；直流母線的負極與電容的另一端、第二門極可關斷晶閘管的陰極、第六二極管的陽極、第二絕緣柵雙極晶體管的發射極、第二二極管的陽極、第四門極可關斷晶閘管的陰極、第八二極管的陽極、第四絕緣柵雙極晶體管的發射極和第四二極管的陽極連接；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、第三電感的一端連接；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、第二電感的一端相連；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、第三電感的一端相連；電網的一端與第一電感的另一端、第二電感的另一端連接；電網的另一端與第三電感的另一端、第四電感的另一端連接。

由四個門極可關斷晶閘管GTO及與其分別反向并聯的續流二極管組成的四個開關管構成基于門極可關斷晶閘管GTO的單相電壓源型全橋逆變拓撲；由四個絕緣柵雙極晶體管IGBT及與其分別反向并聯的續流二極管組成的四個開關管構成基于絕緣柵雙極晶體管IGBT的單相電壓源型全橋逆變拓撲；這種的基于GTO與IGBT的單相電壓源型大功率逆變拓撲結構由一個基于門極可關斷晶閘管GTO的單相電壓源型全橋逆變拓撲和一個基于絕緣柵雙極晶體管IGBT的單相電壓源型全橋逆變拓撲并聯構成。

直流母線側并聯有大電容，且每個逆變橋臂都并聯了反饋二極管，當交流側負載需要提供無功功率時起到緩沖無功分量的作用。

一種單相電壓源型大功率逆變拓撲運行時的控制方法，基于上述的單相電壓源型大功率逆變拓撲，具體按照以下步驟進行：