[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

说明书

本发明提供了一种单相电压源型大功率逆变拓扑及控制方法，包括4个门极可关断晶闸管、4个绝缘栅双极晶体管、8个续流二极管、1个电容、4个电感和2个电流传感器。全控型门极可关断晶闸管GTO的载流能力很强，特别适合工作在大功率场合，然而电流驱动型器件的开关频率很低，并不适合运用在传统的单相全桥逆变拓扑电路中。针对GTO这种缺陷，结合GTO的大载流能力和IGBT的高开关频率优点，在GTO单相电压源型全桥逆变电路的基础上，并联了传统的基于绝缘栅双极晶体管IGBT的单相电压源型全桥逆变电路，并采用模型前馈控制与反馈闭环控制相结合的控制方法，有效地改善了GTO单相电压源型全桥逆变电路输出特性。

技术领域

本发明针对电力电子逆变器并网领域，具体涉及一种单相电压源型大功率逆变拓扑结构。

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。门极可关断晶闸管GTO的成本低且载流能力强，可达几千安，特别适合工作在大功率场合，但其电流驱动方式限制了其开关频率，因此基于门极可关断晶闸管GTO的单相电压源型全桥逆变电路的并网电流纹波大，输出电能质量极差，不能对其进行并网控制，这种缺陷限制了其在逆变器领域的应用。

发明内容

本发明目的在于针对已有技术的不足，提出一种单相电压源型大功率逆变拓扑结构。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单相电压源型大功率逆变拓扑，基于GTO单相电压源型逆变器与IGBT单相电压源型逆变器，包括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、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一电流传感器和第二电流传感器；直流母线的正极与电容的一端、第一门极可关断晶闸管的阳极、第五二极管的阴极、第三门极可关断晶闸管的阳极、第七二极管的阴极、第一绝缘栅双极晶体管的集电极、第一二极管的阴极、第三绝缘栅双极晶体管的集电极和第三二极管的阴极连接；直流母线的负极与电容的另一端、第二门极可关断晶闸管的阴极、第六二极管的阳极、第二绝缘栅双极晶体管的发射极、第二二极管的阳极、第四门极可关断晶闸管的阴极、第八二极管的阳极、第四绝缘栅双极晶体管的发射极和第四二极管的阳极连接；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、第三电感的一端连接；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、第二电感的一端相连；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、第三电感的一端相连；电网的一端与第一电感的另一端、第二电感的另一端连接；电网的另一端与第三电感的另一端、第四电感的另一端连接。

由四个门极可关断晶闸管GTO及与其分别反向并联的续流二极管组成的四个开关管构成基于门极可关断晶闸管GTO的单相电压源型全桥逆变拓扑；由四个绝缘栅双极晶体管IGBT及与其分别反向并联的续流二极管组成的四个开关管构成基于绝缘栅双极晶体管IGBT的单相电压源型全桥逆变拓扑；这种的基于GTO与IGBT的单相电压源型大功率逆变拓扑结构由一个基于门极可关断晶闸管GTO的单相电压源型全桥逆变拓扑和一个基于绝缘栅双极晶体管IGBT的单相电压源型全桥逆变拓扑并联构成。

直流母线侧并联有大电容，且每个逆变桥臂都并联了反馈二极管，当交流侧负载需要提供无功功率时起到缓冲无功分量的作用。

一种单相电压源型大功率逆变拓扑运行时的控制方法，基于上述的单相电压源型大功率逆变拓扑，具体按照以下步骤进行：