[发明专利]一种压接型IGBT串联应用模式下的自取能直流变换电路

说明书

本发明提供一种压接型IGBT串联应用模式下的自取能直流变换电路，所述自取能直流变换电路包括第一级电压变换模块、第二级电压变换模块和模拟电阻负载模块；所述第一级电压变换模块的输入端和模拟电阻负载模块均并联在取能电容Cs两端，第二级电压变换模块的输入端并联在第一级电压变换模块的输出端。本发明提供一种压接型IGBT串联应用模式下的自取能直流变换电路，实现压接型IGBT串联应用模式下完成从IGBT源漏极之间直接取得电能供IGBT驱动电路的高电位自取能，并解决自取能直流变换电路对IGBT串联静态均压的影响。

技术领域

本发明涉及一种变换电路，具体涉及一种压接型IGBT串联应用模式下的自取能直流变换电路。

背景技术

压接型IGBT串联两电平主电路拓扑具有结构简单、器件使用数量少、控制简单、可靠性高等特点。因此压接型IGBT成为未来电网柔性直流输电、灵活交流输电、定制电力和新能源并网等领域的核心器件。压接型IGBT串联应用的难点是驱动保护控制技术，而高电位自取能技术是实现驱动保护控制的先决条件。虽然国外有研究机构进行IGBT串联技术的研究，但鲜见报道。直到现在，真正实现商业应用的只有ABB公司。基于上述技术难度，国际上相继提出了压接型IGBT串联阀和模块化多电平拓扑相结合的第三代换流器拓扑，以避免过多的压接型IGBT直接串联。

众所周知，驱动保护是IGBT控制保护的核心技术，而且IGBT的驱动保护控制电路必须跟随IGBT构成整体一次设备，那末驱动保护控制电路的供电就成为了需要解决的关键技术之一了。目前有两种取能解决方案，其一，高频送能。由高频电源、送能电缆以及送能磁环构成隔离供电系统为驱动保护控制电路供电。其二，高电位自取能。顾名思义就是直接通过一次高电压主回路上获取电能，在高压压接型IGBT源漏极之间，通过高压隔离直流变换器转换为低压电源给驱动保护电路供电。

根据基本的电工原理，我们知道在串联的应用中要解决均压问题，而在并联的应用条件下必须要解决均流问题。由压接型IGBT直接串联构成的高压阀体的静、动态均压与高电位取能问题是串联IGBT驱动保护控制技术的技术关键点，而高电位自取能、静态均压以及相互之间的制约关系是先决条件。

大量的研究主要针对IGBT串联动态均压问题进行原理性的分析或者是提出各种主动均压的控制策略，均未涉及高压IGBT串联阀体的静态均压问题以及高、低实验方法研究。对比高压晶闸管串联阀体的过电压保护以及高、低压实验方法研究，二者之间存在以下共性：其一，都是压接型封装；其二，都是串联方式；其三，都需要高电位自取能方式来为驱动电路提供电能。借鉴以上三点共性可知，确定压接型IGBT串联高电位自取能方案以及根据高、低压实验要求所要满足的技术指标是十分必要的。

高压IGBT串联应用的难点是主动均压控制技术，而高电位自取能技术是实现主动均压控制的先决条件。IGBT在SPWM工作模式下源漏极电压Vce的动态变换范围通常为0-2000V，由此带来强电磁干扰；IGBT串联应用模式下的最主要的技术难点是电压均衡问题，无论是在从直流母线从0V逐渐升至额定直流工况电压的工程中，串联IGBT阀体工作在静态闭锁情况下还是在SPWM斩波工作模式下，均要求串联IGBT阀体中所有IGBT源漏极电压Vce之间具有一定的平衡度要求。而高电位取能DC-DC变换器作为IGBT源漏极电压Vce的负载，在IGBT阀体静态闭锁及SPWM斩波两种工作模式下，都参与到串联IGBT的阀端电压均衡控制当中。