[发明专利]一种电压源换流器混合取能电路

说明书

技术领域：

本发明涉及一种取能电路，具体设计一种电压源换流器混合取能电路。

背景技术：

基于全控器件的IGBT链节功率单元在高压APF、静止无功发生器STATCOM中获得了广泛应用。目前厂商设计的链节功率单元采用的控制能量获取方式都是交流侧取能或者直流侧取能。高压静止无功发生器链结功率单元的原理如图1所示。

静止无功发生器的链结功率单元包括直流支撑电容单元4、逆变单元5、取能单元6和链结控制器7和吸收电容Cs，201和202组成链结功率单元直流端，203和204组成链结功率单元交流端。由图1级联组成的静止无功发生器原理图如图2所示。

对高压静止无功发生器而言，要实施交流侧取能，只能在链结功率单元的交流侧203、204进行。交流侧取能原理如图3所示，交流端口通过链结取能变压器601和AC/DC变换器602获取能量后，供给链结控制器7和门级驱动保护单元501～504，然后驱动图1中由T1～T4构成的逆变桥进行工作。

交流侧取能的优点是取能方式简单，但是交流取能存在较大的技术风险。一方面，在供电系统电压发生电压质量问题时，如跌落时，交流取能有可能获取不到控制板卡所需的能量，使控制系统掉电，从而装置处于一种危险状态；而骤升时，可能使取能变压器绝缘损坏，从而造成装置的损坏。为了保证链结控制单元在很宽的范围内能够取得能量，必须保证变压器在很宽的范围内线性工作，从而增加了取能变压器的设计难度和制造成本。

直流取能的原理图如图4所示。从图1中的直流母线侧203和204，经过DC/DC变换器后供给链结控制器7和门级驱动保护单元501～504。因直流侧存在大的储能电容，可以避免交流取能导致的问题，因此从原理上说更为可靠。但是直流取能也存在较大的问题，一方面直流侧取能通常需要采用高输入电压辅助DC/DC变换器，控制复杂；再有就是限于现有功率器件的发展水平，辅助DC/DC变换器通常工作在高输入电压，低输出电流状态，而当前很少有高电压、小电流功率器件，从而使辅助DC/DC的开关器件选择要么是大体积高成本，要么是通过增加器件数量来解决。

发明内容：

针对上述技术的不足，本发明提供一种电压源换流器混合取能电路，即将交流取能与直流取能结合起来，使电压源换流器在低输入交流电压时工作在直流取能状态；高输入交流电压时，工作在交流取能状态，从而有效的克服了交流取能低电压工作时工作不正常而直流取能在高压工作时成本高的缺点，提高了取能电源的可靠性，降低了取能电源的成本。

本发明提供的一种电压源换流器混合取能电路，其改进之处在于，所述电路包括无功发生器链节功率单元和功率二极管I、II；所述无功发生器链节功率单元包括直流支撑电容单元4、逆变单元5、取能单元6和链节控制器7；所述直流支撑电容单元4与所述逆变单元5并联；所述逆变单元5与所述门级驱动保护单元与连接；

无功发生器链节功率单元的直流端依次与所述取能单元6、所述功率二极管I和所述链节控制器7连接；

无功发生器链节功率单元的交流端依次与所述取能单元6、所述功率二极管II和所述链节控制器7连接；

所述链节控制器7与所述门级驱动保护单元连接；所述功率二极管I、II分别与所述门级驱动保护单元连接。

本发明提供的第一优选方案的电压源换流器混合取能电路，其改进之处在于，所述取能单元6包括DC/DC变换器。

本发明提供的第二优选方案的电压源换流器混合取能电路，其改进之处在于，所述取能单元6包括变压器和AD/DC变换器。

本发明提供的第三优选方案的电压源换流器混合取能电路，其改进之处在于，所述直流支撑电容单元4包括并联的电容和电阻。

本发明提供的第四优选方案的电压源换流器混合取能电路，其改进之处在于，所述逆变单元5为H桥结构，所述H桥结构包括两个桥臂，每个桥臂包括上下两个串联的IGBT模块。

本发明提供的第五优选方案的电压源换流器混合取能电路，其改进之处在于，所述无功发生器链节功率单元包括吸收电容，所述吸收电容与所述桥臂并联。

本发明提供的较优选方案的电压源换流器混合取能电路，其改进之处在于，所述IGBT模块由IGBT和与所述IGBT反并联的二极管构成。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明采用了交直流混合取能，双路供电模式，保证了链节功率单元的供电可靠性；