[发明专利]一种混合单相大功率逆变拓扑及其控制方法

说明书

本发明提供了一种混合单相大功率逆变拓扑及其控制方法，包括4个绝缘栅双极晶体管、4个门极可关断晶闸管、4个续流二极管、5个电感、2个电容和2个电流传感器。在传统的单相电压型全桥逆变电路的基础上，并联了基于门极可关断晶闸管GTO的单相电流源型全桥逆变电路，可整体提升逆变电路的功率。本发明可有效降低大功率逆变电路的成本，由于该新型拓扑由两个单相全桥逆变电路并联，并网电流即可由两个支路提供，利用流经新增支路门极可关断晶闸管的并网电流，可有效减轻传统的单相全桥逆变电路中开关管的载流压力，从而实现将小功率的开关管应用到大功率逆变并网的场合，有效地降低了实际中大功率逆变电路的成本。

技术领域

本发明针对电力电子逆变器并网领域，具体涉及一种混合单相大功率逆变拓扑及其控制方法。

背景技术

随着社会经济的高速发展，逆变器的应用领域日渐广泛，同时对逆变器的输出性能、工作可靠性、使用寿命、性价比等要求越来越高，如工程所需逆变器的容量不断增大，逆变电源的功率作为输出性能的一个重要指标也面临着越来越严峻的挑战，尤其是在工业用电方面，如大型轧钢厂的电弧炉等设备需要几十kA的工作电流，功率高达500MW。因此，逆变器并联技术被提出，并广泛应用在轨道牵引、新能源发电、高压直流输电等领域。但对于目前存在的逆变器并联拓扑，皆是采用相同的开关器件，其中以绝缘栅双极晶体管IGBT居多，尽管在输出电压一定的情况下，通过并联得到更大的并网电流从而提升逆变器的输出功率，但是在大功率要求的场合下，逆变器并联技术所需的逆变器数量大，成本高；且逆变器间需要通信，因控制方式的不同部分逆变器间需要互联线，从而会降低系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提出一种混合单相大功率逆变拓扑及其控制方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

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，包括第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管、第一门极可关断晶闸管、第二门极可关断晶闸管、第三门极可关断晶闸管、第四门极可关断晶闸管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第一电容、第二电容、第一电流传感器和第二电流传感器；直流母线的正极与第一电感的一端、第一绝缘栅双极晶体管的集电极、第二绝缘栅双极晶体管的集电极、第一二极管的阴极、第二二极管的阴极连接；直流母线的负极与第二门极可关断晶闸管的阴极、第四门极可关断晶闸管的阴极、第二绝缘栅双极晶体管的发射极、第四绝缘栅双极晶体管的发射极、第二二极管的阳极、第四二极管的阳极连接；第一电感的另一端与第一门极可关断晶闸管的阳极、第三门极可关断晶闸管的阳极连接；第一门极可关断晶闸管的阴极与第二门极可关断晶闸管的阳极、第一电容的一端、第二电感的一端连接；第三门极可关断晶闸管的阴极与第四门极可关断晶闸管的阳极、第二电容的一端、第五电感的一端连接；第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极、第三电感的一端相连；第三绝缘栅双极晶体管的发射极与第四绝缘栅双极晶体管的集电极、第四电感的一端连接；电网的一端与第二电感的另一端、第三电感的另一端连接；电网的另一端与第四电感的另一端、第五电感的另一端连接。

由IGBT及与其反向并联的续流二极管组成的四个开关管构成单相全桥电压源型逆变拓扑；由第一电感和四个门极可关断晶闸管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，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及与其反向并联的续流二极管组成的四个开关管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。