[發明專利]一種功率變換系統及其電容電壓控制方法

在審

• 申請號: 202211481920.0
• 申請日: 2022-11-24
• 公開（公告）號: CN116365909A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 何安然;陳鵬;孫帥;林磊明;孟鵬飛;袁江偉
• 申請（專利權）人: 陽光電源（南京）有限公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/44
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 衛三娟

本申請提供一種功率變換系統及其電容電壓控制方法，該功率變換系統的主電路中包括至少兩相三電平NPC型的交直流變換電路；各交直流變換電路的直流側鉗位點，分別與正電容模塊和負電容模塊之間的串聯連接點相連；且其正電容模塊和負電容模塊的分壓不同，交直流變換電路中各功率器件的耐壓規格也不完全相同，進而實現了NPC拓撲不同耐壓器件的混合應用，在不增加任何硬件的情況下，提高了功率器件的電壓利用率，從而變相降低了系統成本。

技術領域

本申請涉及電力電子技術領域，特別涉及一種功率變換系統及其電容電壓控制方法。

背景技術

在電力電子領域，三電平技術應用十分廣泛，如三電平直流直流變換系統，三電平交直流變換系統等；其在性能上存在很多優勢，但基于常規設計經驗，其功率器件的電壓利用率低，造成了一定的成本浪費。

以新能源應用領域的典型DNPC(Diode?neutralpoint?clamped，二極管中點鉗位)三電平交直流變換電路為例，其拓撲結構如圖1中所示，每相的直流側鉗位點，也即鉗位二極管的串聯連接點，均連接于直流母線電容的中性點O，正負半母線電容各自承擔1/2的直流母線電壓Udc，且每相中均設置有四個功率器件T1至T4；以1500Vdc方案為例，工程設計中，各功率器件T1至T4的電壓規格一般為1200V，則其半母線最大理論承壓高達2400V；根據設計可知，不考慮裕量的情況下，其電壓應力降額設計值，也即實際最大耐壓與理論最大耐壓的比值，僅為1500/2400＝0.625，遠低于行業常規降額指標。

因此，當前亟需一種方案，能夠優化功率器件耐壓設計，避免成本浪費。

發明內容

有鑒于此，本申請提供一種功率變換系統及其電容電壓控制方法，以優化功率器件耐壓設計，避免成本浪費。

為實現上述目的，本申請提供如下技術方案：

本申請第一方面提供了一種功率變換系統，包括控制器和受控于所述控制器的主電路，所述主電路包括：正電容模塊、負電容模塊和至少兩相三電平中點鉗位NPC型的交直流變換電路；其中，

所述正電容模塊和所述負電容模塊，串聯連接于所述功率變換系統中直流母線的正負極之間；

所述正電容模塊和所述負電容模塊之間的串聯連接點，分別與各所述交直流變換電路的直流側鉗位點相連；

各所述交直流變換電路的直流側均與所述直流母線相連；

所述正電容模塊和所述負電容模塊的分壓不同；

所述交直流變換電路中，各功率器件的耐壓規格不完全相同。

可選的，所述正電容模塊和所述負電容模塊的分壓比例為預設比例；且，

所述交直流變換電路中，承擔較高電容模塊分壓的功率器件，其耐壓規格高于承擔較低電容模塊分壓的功率器件。

可選的，所述正電容模塊和所述負電容模塊的分壓比例為1：2。

可選的，所述交直流變換電路中，承擔所述正電容模塊分壓的功率器件，其耐壓規格為650V；

所述交直流變換電路中，承擔所述負電容模塊分壓的功率器件，其耐壓規格為1200V。

可選的，所述交直流變換電路為二極管中點鉗位DNPC電路，或者，有源中點鉗位ANPC電路；

所述DNPC電路中鉗位二極管的串聯連接點，或者，所述ANPC電路中鉗位開關管的串聯連接點，作為所述直流變換電路的直流側鉗位點；