[发明专利]一种三电平四桥臂T型容错变流器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种三电平四桥臂T型容错变流器及其控制方法，该容错变流器包括直流输入电路、三电平T型拓扑、故障隔离电路、冗余桥臂、容错桥和交流输出电路。正常运行状态下，当直流母线中点电压发生大幅波动时，控制冗余桥臂相应的功率开关管导通，通过注入电感电流来快速调节中点电压的平衡，防止因中点电压的大幅波动引起功率开关管的过压击穿；故障状态下，控制容错桥相应的双向可控晶闸管导通，使冗余桥臂代替故障桥臂投入容错运行。该容错型变流器可以容错开关管和桥臂的开路、短路故障，输出功率和直流电压利用率不会降低。该容错型三电平四桥臂T型变流器可以应用于交流电机驱动系统或并网发电系统，使系统具有较好的容错运行功能。

主权项

一种三电平四桥臂T型容错变流器，其特征在于，包括直流输入电路(1)、三电平T型变流器(2)、故障隔离电路(3)、冗余桥臂(4)、容错桥(5)、直流母线中点电压控制电路(6)和交流输出电路(7)；所述直流输入电路(1)由两个电解电容C1和C2串联构成，分别为上电解电容C1和下电解电容C2；冗余桥臂(4)与三电平T型变流器(2)并联后接至直流输入电路(1)的两端；冗余桥臂(4)中点通过容错桥(5)接至交流输出电路(7)的一端；直流母线中点电压控制电路(6)一端接至冗余桥臂(4)，另一端接至直流输入电路(1)的中点；故障隔离电路(3)接至三电平T型变流器；交流输出电路(7)一端接至三电平T型变流器(2)，另一端与负载或电网连接；三电平T型变流器(2)包括中点箝位型桥臂(21)和两电平桥臂(22)；中点箝位型桥臂(21)一端连接至两电平桥臂(22)的中点，另一端连接至直流输入电路(1)的中点；冗余桥臂(4)包括两个快速熔断器FRp、FRn、冗余桥臂功率开关管SR1、SR2；直流母线中点电压控制电路(6)包括储能电感LN和继电器开关SN；交流输出电路(7)包括三相LC滤波回路，用于滤除变流器功率开关管导通和关断过程的高频开关毛刺和高次谐波电流分量；所述故障隔离电路(3)包括上辅助电容上辅助电容Cp、下辅助电容Cn、上晶闸管Txp、下晶闸管Txn、上桥臂快速熔断器Fxp和下桥臂快速熔断器Fxn；其中x＝a，b，c；当隔离A相功率开关管的故障时，x＝a；当隔离B相功率开关管的故障时，x＝b；当隔离C相功率开关管的故障时，x＝c；电源正极接入上辅助电容Cp和上桥臂快速熔断器Fxp，经过上辅助电容Cp的一路接入上晶闸管Txp阳极，并由上晶闸管Txp阴极接入下桥臂快速熔断器Fxn进口端；经过上桥臂快速熔断器Fxp的一路分为两个支路，该两个支路一路通过上桥臂功率开关管Sx1后接入下桥臂功率开关管Sx4，另一路接入下晶闸管Txn阳极；下桥臂功率开关管Sx4接入下桥臂快速熔断器Fxn的进口端；而下晶闸管Txn阴极通过下辅助电容Cn接入电源负极；下桥臂快速熔断器Fxn的出口端接入电源负极；所述容错桥(5)包括两组双向可控常开晶闸管，具体为冗余‑故障晶闸管Tx1和中点‑输出晶闸管Tx2；所述冗余‑故障晶闸管Tx1将冗余桥臂(4)连接入交流输出电路(7)；所述中点‑输出晶闸管Tx2将中点箝位型桥臂(21)连接入交流输出电路；其中x＝a，b，c分别对应A、B、C三相；所述冗余桥臂(4)电路中，快速熔断器包括上快速熔断器FRp和下快速熔断器FRn；冗余桥臂功率开关管包括上冗余桥臂功率开关管SR1和下冗余桥臂功率开关管SR2；电源正极通过上快速熔断器FRp接入上冗余桥臂功率开关管SR1；通过该开关管的电路分为两路，一路接入容错桥(5)和直流母线中点电压控制电路(6)，另一路依次通过下冗余桥臂功率开关管SR2和下快速熔断器FRn后接入电源负极。