[发明专利]一种两电平逆变器的取能电路及其启动控制方法

说明书

本发明提供了一种两电平逆变器的取能电路，该取能电路的数量为2n，且分别并联在两电平逆变器中功率器件的两端；取能电路包括串联的电容器和第二二极管；第二二极管的阳极与功率器件的集电极连接，阴极通过电容器与功率器件的发射极连接；一种两电平逆变器的取能电路的启动控制方法，包括步骤1：设定两电平逆变器的第一触发信号和第二触发信号；骤2：采用第一触发信号和第二触发信号对两电平逆变器进行触发，当触发完成后向两电平逆变器输出PWM控制信号，以启动两电平逆变器正常工作。与现有技术相比，本发明提供的一种两电平逆变器的取能电路及其启动控制方法，缓解了功率模块和取能电路承受电流的应力，能够有效地保护功率模块和取能电路。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种两电平逆变器的取能电路及其启动控制方法。

背景技术

目前柔性直流输电采用IGBT器件换流阀，主要有三种拓扑结构：三相两电平换流拓扑，模块化多电平换流拓扑(MMC)和级联两电平换流拓扑。三相两电平拓扑是目前工程中应用最广泛的电压源换流器拓扑，模块化多电平拓扑可以输出波形品质较高的输出电压波形，拓扑灵活性增强，级联两电平换流拓扑在结构上与模块化多电平换流拓扑相似，即其桥臂主要由多个具有相同结构的两电平换流器子模块串联构成，其主要区别为在通过IGBT模块串联大幅提升子模块可选择的电压等级。子模块电压等级的提高使得换流器可以达到较高的直流电压。

随着全球能源互联网提出，电网架构朝着更高电压等级、更大容量方向发展，采用模块化多电平技术与多个IGBT串联结合的技术路线才能满足未来更高高压等级需求。多个IGBT串联使用时，由于各串联IGBT内部参数以及开通关断驱动脉冲的时间及幅值存在差异，串联器件之间会产生静态及动态电压不均的问题。针对IGBT串联均压问题，必须设计实时控制和保护IGBT模块的驱动控制装置。目前IGBT驱动控制装置供能方式包括：低位送能和高位取能。低位送能即以设备站内配电系统为能源，通过电能变换和高压隔离，为功率模块的控制保护提供电源。但在高压应用场合下，存在外部绝缘和结构安装等问题，设备的体积和造价都很大，一般用于电压相对较低场合。对于高压场合，由于隔离电压高、变压器二次侧回路多，地面送能方式难度较大、经济性较差，通常采用高位取能。高位取能即从回路直流储能元件取得能量。由于换流阀内IGBT功率模块处于较高电位，驱动控制器一般采用高电取能方式供电。现有高位取能方式常见方式有电流取能和电压取能。电流取能通常利用特制的电流互感器(CT)从有电流的线路上感应电压，电压取能通过并联与阻容电路两端结合电压变换电路获取电压，再采用DC-DC变换技术，实现高低压隔离变换，再加以完整可靠的检测电路、反馈电路、保护电路，最终稳定安全为功率模块的控制保护装置提供持续电源。

随着电压等级提高，IGBT驱动控制装置工作环境更加恶劣，电磁环境恶劣，驱动控制装置采用低位送能隔离困难，需要采用高位取能方式。

IGBT功率模块两端承担主电压和快速电压变化，若驱动不能正常工作，否则会损坏器件。此外，IGBT串联均压控制系统需要稳定的低压直流电源。由于取能电源是从功率模块本身主电路部分取能，换流阀工作前开关器件已经承受了一定的主电压，因此如何保障高位取能电源工作前和故障时功率模块的可靠性成为IGBT换流阀的一个关键问题，这样需要提供一种IGBT串联的取能电路及启动控制方法，用于更高电压等级换流阀，减小启动浪涌电流，保护IGBT模块，实现换流阀安全启动。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种两电平逆变器的取能电路及其启动控制方法。

第一方面，两电平逆变器的取能电路的技术方案是：

所述两电平逆变器包括直流电源U_DC，以及串联的上桥臂单元和下桥臂单元；所述上桥臂单元和下桥臂单元均由一个功率模块或由n个串联的功率模块构成，n至少为2；所述直流电源U_DC并联在上桥臂单元和下桥臂单元的两端；所述功率模块包括功率器件和第一二极管，所述第一二极管反向并联在功率器件的两端；