[发明专利]变流器及其控制方法

说明书

本申请公开一种变流器及其控制方法，所述变流器的控制方法包括当交流输出端口与直流中点之间的电压差在预设电压和第一电压之间切换、且电流方向为由交流输出端口流向桥臂电路时，和/或，当交流输出端口与直流中点之间的电压差在预设电压和第二电压之间切换、且电流方向为由桥臂电路流向交流输出端口时，控制桥臂电路中半导体开关器件的工作状态增加一条电流的流经路径。本申请通过控制桥臂电路中半导体开关器件的工作状态增加一条电流的流经路径，减少了半导体开关器件在关断过程承受的关断尖峰电压，增加了半导体开关器件的使用寿命，提升了变流器的运行可靠性和容量。

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变流器及其控制方法。

背景技术

1980年，日本长冈科技大学A.Nabae等人在IEEE-IAS年会上提出二极管中点箝位型(NPC)拓扑变流器。如图1所示，由于NPC拓扑采用两段母线串联的方式，可以提升母线电压和交流输出电压、减小半导体开关器件的开关损耗；因此NPC拓扑得到了广泛应用，各半导体厂家也陆续开发了基于NPC拓扑的半导体功率模块。另外，因为封装和寄生电感的限制，集成的NPC半导体功率模块的功率一般较小，而市场大量使用的两电平半导体功率模块容量大、价格便宜，所以变流器生产厂家普遍是通过两电平半导体功率模块搭建NPC拓扑的变流器。

如图2所示，图2是两电平半导体功率模块的内部电路，包括两个半导体开关器件S1和S2，两个二极管器件D1和D2。图3给出了一种通过两电平半导体功率模块搭建NPC拓扑的变流器的方案，其中PM1:S1(表示两电平半导体功率模块PM1中的半导体开关器件S1，以下类似)、PM1:D1、PM1:S2、PM1:D2通过两电平半导体功率模块PM1搭建，PM2:S1、PM2:D1、PM2:S2、PM2:D2通过两电平半导体功率模块PM2搭建，PM3:S1、PM3:D1、PM3:S2、PM3:D2通过两电平半导体功率模块PM3搭建。

当两电平半导体功率模块应用于NPC拓扑上时，换流路径的寄生参数会大幅增加，半导体开关器件在关断过程会承受关断电压，关断尖峰电压与关断电流和换流回路的寄生电感相关(关断电流越大，关断尖峰电压越大；换流回路的寄生电感越大，关断尖峰电压越大)，较大的关断电流和换流回路的寄生电感都会导致半导体开关器件的关断尖峰电压升高。而半导体开关器件的关断尖峰电压上升，会导致半导体开关器件损坏或寿命降低，降低变流器运行可靠性，同时限制了变流器的容量。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种变流器及其控制方法，以解决由于换流路径的电流过大，导致半导体开关器件在关断过程会承受较大的关断尖峰电压的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供的一种变流器的控制方法，所述变流器包括直流正端口、直流中点、直流负端口、交流输出端口以及设置在所述直流正端口和所述直流负端口之间的桥臂电路；

所述桥臂电路包括第一功率模块、第二功率模块以及第三功率模块；每一个功率模块均包括第一二极管、第二二极管、以及串联连接的第一半导体开关器件和第二半导体开关器件，所述第一半导体开关器件与所述第一二极管反并联连接，所述第二半导体开关器件与所述第二二极管反并联连接；

所述第一功率模块的第一端与所述直流正端口连接、第二端与所述第二功率模块的第一端连接、第三端与所述直流中点连接；所述第二功率模块的第二端与所述交流输出端口连接、第三端与所述第三功率模块的第二端连接；所述第三功率模块的第一端与所述直流中点连接、第三端与所述直流负端口连接；

所述变流器的控制方法包括：

当所述交流输出端口与所述直流中点之间的电压差在预设电压和第一电压之间切换、且电流方向为由所述交流输出端口流向所述桥臂电路时，控制所述桥臂电路中半导体开关器件的工作状态增加一条电流的流经路径；其中所述第一电压为所述直流正端口与所述直流中点之间的电压；和/或，