[发明专利]一种混合单相大功率逆变拓扑及其控制方法

权利要求书

1.一种混合单相大功率逆变拓扑，基于IGBT电压源型逆变器与GTO电流源型逆变器，其特征在于：包括第一绝缘栅双极晶体管(V₁)、第二绝缘栅双极晶体管(V₂)、第三绝缘栅双极晶体管(V₃)、第四绝缘栅双极晶体管(V₄)、第一门极可关断晶闸管(VT₁)、第二门极可关断晶闸管(VT₂)、第三门极可关断晶闸管(VT₃)、第四门极可关断晶闸管(VT₄)、第一二极管(VD₁)、第二二极管(VD₂)、第三二极管(VD₃)、第四二极管(VD₄)、第一电感(L₁)、第二电感(L₂)、第三电感(L₃)、第四电感(L₄)、第五电感(L₅)、第一电容(C₁)、第二电容(C₂)、第一电流传感器(CT₁)和第二电流传感器(CT₂)；直流母线的正极与第一电感(L₁)的一端、第一绝缘栅双极晶体管(V₁)的集电极、第二绝缘栅双极晶体管(V₂)的集电极、第一二极管(VD₁)的阴极、第二二极管(VD₂)的阴极连接；直流母线的负极与第二门极可关断晶闸管(VT₂)的阴极、第四门极可关断晶闸管(VT₄)的阴极、第二绝缘栅双极晶体管(V₂)的发射极、第四绝缘栅双极晶体管(V₄)的发射极、第二二极管(VD₂)的阳极、第四二极管(VD₄)的阳极连接；第一电感(L₁)的另一端与第一门极可关断晶闸管(VT₁)的阳极、第三门极可关断晶闸管(VT₃)的阳极连接；第一门极可关断晶闸管(VT₁)的阴极与第二门极可关断晶闸管(VT₂)的阳极、第一电容(C₁)的一端、第二电感(L₂)的一端连接；第三门极可关断晶闸管(VT₃)的阴极与第四门极可关断晶闸管(VT₄)的阳极、第二电容(C₂)的一端、第五电感(L₅)的一端连接；第一绝缘栅双极晶体管(V₁)的发射极与第二绝缘栅双极晶体管(V₂)的集电极、第三电感(L₃)的一端相连；第三绝缘栅双极晶体管(V₃)的发射极与第四绝缘栅双极晶体管(V₄)的集电极、第四电感(L₄)的一端连接；电网的一端与第二电感(L₂)的另一端、第三电感(L₃)的另一端连接；电网的另一端与第四电感(L₄)的另一端、第五电感(L₅)的另一端连接；

由IGBT(V₁、V₂、V₃、V₄)及与其反向并联的续流二极管(VD₁、VD₂、VD₃、VD₄)组成的四个开关管(S₁、S₂、S₃、S₄)构成单相全桥电压源型逆变拓扑；由第一电感(L₁)和四个门极可关断晶闸管(VT₁、VT₂、VT₃、VT₄)构成单相全桥电流源型逆变拓扑；这种基于IGBT电压源型逆变器与GTO电流源型逆变器的混合单相大功率逆变拓扑结构由一个单相全桥电压源型逆变拓扑和一个单相全桥电流源型逆变拓扑并联构成；

直流母线侧串联较大感值的第一电感(L₁)，使流过门极可关断晶闸管的电流i1基本无脉动，从而使得基于GTO的逆变支路呈现电流源特性；IGBT(V₁、V₂、V₃、V₄)及与其反向并联的续流二极管(VD₁、VD₂、VD₃、VD₄)组成的四个开关管(S₁、S₂、S₃、S₄)构成单相全桥电压源型逆变拓扑，通过对电流i₂的闭环控制，进而实现对并网电流的控制；

所述混合单相大功率逆变拓扑的满功率运行时的控制方法，具体按照以下步骤进行：

步骤一：第一电流传感器(CT₁)所测结果为流经门极可关断晶闸管的电流i₁的实际值，利用此值对门极可关断晶闸管GTO电流源型单相全桥逆变支路进行控制；采用流经门极可关断晶闸管的电流i₁为控制目标，流经门极可关断晶闸管的电流i₁的参考值由两部分组成，即sinwt与1/3经过比较器后输出单位信号乘以2i_ref/3的结果与-1/3 与sinwt经过比较器后输出单位信号乘以-2i_ref/3的结果之和，流经门极可关断晶闸管的电流i₁的参考值与实际流经门极可关断晶闸管的电流i₁的误差，经过GGTO控制器和GPGTO控制器后，即得到流经门极可关断晶闸管的电流i₁；

步骤二：第二电流传感器(CT₂)所测结果为流经绝缘栅双极晶体管的电流i₂的实际值，利用此值以及步骤一中的控制目标i₁对绝缘栅双极晶体管IGBT电压源型单相全桥逆变支路进行控制；采用流经绝缘栅双极晶体管的电流i₂为控制目标，并网电流参考幅值i_ref与sinwt相乘后得到并网电流参考值i_refsinwt，i_refsinwt与流经门极可关断晶闸管的电流i₁作差，得到流经绝缘栅双极晶体管的电流i₂的参考值，计算方法见公式(1)所示；

i_{2_ref}＝i_refsinwt-i₁ (1)

该值与实际流经绝缘栅双极晶体管的电流i₂的误差，经过G_IGBT控制器后，控制G_PIGBT后即得到电流i₂。