[发明专利]一种单相电压源型大功率逆变拓扑及其控制方法

权利要求书

1.一种单相电压源型大功率逆变拓扑，基于GTO电压源型逆变器与IGBT电压源型逆变器，其特征在于：包括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)、第一二极管(VD₁)、第二二极管(VD₂)、第三二极管(VD₃)、第四二极管(VD₄)、第五二极管(VD₅)、第六二极管(VD₆)、第七二极管(VD₇)、第八二极管(VD₈)、电容(C)、第一电感(L₁)、第二电感(L₂)、第三电感(L₃)、第四电感(L₄)、第一电流传感器(CT₁)和第二电流传感器(CT₂)；直流母线的正极与电容(C)的一端、第一门极可关断晶闸管(VT₁)的阳极、第五二极管(VD₅)的阴极、第三门极可关断晶闸管(VT₃)的阳极、第七二极管(VD₇)的阴极、第一绝缘栅双极晶体管(V₁)的集电极、第一二极管(VD₁)的阴极、第三绝缘栅双极晶体管(V₃)的集电极和第三二极管(VD₃)的阴极连接；直流母线的负极与电容(C)的另一端、第二门极可关断晶闸管(VT₂)的阴极、第六二极管(VD₆)的阳极、第二绝缘栅双极晶体管(V₂)的发射极、第二二极管(VD₂)的阳极、第四门极可关断晶闸管(VT₄)的阴极、第八二极管(VD₈)的阳极、第四绝缘栅双极晶体管(V₄)的发射极和第四二极管(VD₄)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、第一电感(L₁)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、第三电感(L₃)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、第二电感(L₂)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、第三电感(L₃)的一端相连；电网的一端与第一电感(L₁)的另一端、第二电感(L₂)的另一端连接；电网的另一端与第三电感(L₃)的另一端、第四电感(L₄)的另一端连接；

所述单相电压源型大功率逆变拓扑运行时的控制方法，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，对门极可关断晶闸管GTO单相电压源型全桥逆变支路单独运行时进行控制；以流经门极可关断晶闸管的电流i₁(s)为控制目标，并网电流参考值i_ref(s)分为两路，一路是模型前馈控制器的输入，另一路与第一电流传感器(CT₁)测得的流经门极可关断晶闸管的电流i₁(s)作差，得到误差值e₁(s)，经过G_GTO控制器输出，经过G_GTO控制器的输出值与并网电流参考值i_ref(s)经过前馈控制器sL₁’的输出值相加，共同组成控制桥臂开通与关断的斩波信号，该信号经过G_GTO—pwm和电感滤波器sL₁后，即得到流经门极可关断晶闸管的电流i₁(s)；

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，对绝缘栅双极晶体管IGBT单相电压源型全桥逆变支路单独运行时进行控制；以流经绝缘栅双极晶体管的电流i₂(s)为控制目标，并网电流参考值i_ref(s)分为两路，一路是模型前馈控制器的输入，另一路与第二电流传感器(CT₂)测得的流经门极可关断晶闸管的电流i₂(s)作差，得到误差值e₂(s)，经过G_IGBT控制器输出，该输出值与并网电流参考值i_ref(s)经过前馈控制器sL₂’的输出值相加，共同组成控制桥臂开通与关断的斩波信号，该信号经过G_IGBT—pwm和电感滤波器sL₂后，即得到流经绝缘栅双极晶体管的电流i₂(s)；

步骤三：GTO与IGBT两个单相电压源型全桥逆变支路同时工作，按以下方法进行控制；其中，GTO单相电压源型全桥逆变支路的控制方法与其单独工作时的控制方法一致，具体操作可参照步骤一；根据步骤一中对门极可关断晶闸管GTO单相电压源型全桥逆变支路单独运行时控制所得的i₁(s)，在步骤二控制方法的基础上引入流经绝缘栅双极晶体管的电流的参考值i_{2_ref}(s)的计算环节，构成两个逆变支路同时运行时绝缘栅双极晶体管IGBT单相电压源型全桥逆变支路的控制方法；GTO单相电压源型全桥逆变支路和IGBT单相电压源型全桥逆变支路同时工作时，并网电流i由两个逆变支路电流共同提供，即i＝i₁+i₂；根据步骤一中第一电流传感器(CT₁)测得的流经门极可关断晶闸管的电流i₁的实际值，计算出流经绝缘栅双极晶体管的电流的参考值i_{2_ref}(s)，如公式(1)所示；

i_{2_ref}(s)＝i_ref(s)-i₁(s) (1)

该参考值分为两路，一路是模型前馈控制器的输入，另一路与第二电流传感器(CT₂)测得的流经门极可关断晶闸管的电流i₂(s)作差，得到误差值e₂(s)，经过G_IGBT控制器输出，经过G_IGBT控制器的输出值与并网电流参考值i_ref(s)经过前馈控制器sL₂’的输出值相加，共同组成控制桥臂开通与关断的斩波信号，该信号经过G_IGBT—pwm和电感滤波器sL₂后，即得到GTO单相电压源型全桥逆变支路和IGBT单相电压源型全桥逆变支路同时工作时流经绝缘栅双极晶体管的电流i₂(s)。