[发明专利]T型三电平变流器功率模块

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，适用于并网型或者离网型三电平变流器，用以实现 对变流器整机设计、功率模块设计、功率变换电路设计等。

背景技术

目前，市场上的变流器主要以两电平为主，两电平变流器柜内的电抗器、滤波器的 体积较大，并且在低功率时，变流器的谐波含量较高，系统效率低，只能基本满足用户 对电能质量、谐波特性和效率的要求。而三电平变流器具有器件应力小，谐波效果好， 系统效率高等方面的优势，目前是电力电子行业内的研究热点，变流器采用三电平设计 后，具有整机模块小，电磁干扰低，转换效率高，成本低等优点，采用三电平技术的变 流器正在迅速取代传统的两电平变流器，有望成为市场的主打产品。

三电平变流器产品主要分为I字型和T字型两种，T字型与I字型三电平电路比较， 元件数量方面，T字型比I字型三电平少两个箝位二极管；损耗方面，T字型优于I字 型；换流路径方面，T字型外管与内管之间的换流路径一致，I字型分为短换流路径与 长换流路径，T字型拓扑优于I字型拓扑。所以T字型主电路设计降低了整机损耗，提 高了电路的可靠性。

发明内容

本申请的发明目的：本申请提出的T型三电平变流器功率模块，将T型三电平功率 变换电路、IGBT驱动电路、模拟量采集电路、模块控制器、LCL滤波电路、短路保护电 路和双路±15V直流电源供电电路等集成设计在一个模块内，该模块可以自供电，独立 运行，并且具备短路保护，模块具有交流输入端、直流输出端，可以实现多个模块的电 气连接，变流器交流电网侧接入形式可以是三相三线制，也可以是三相四线制，整机容 量可根据用户需求进行模块化的组装设计，结构紧凑，工艺设计简单，维护方便。

本发明的具体方案如下：

一种T型三电平变流器功率模块，包括T型三电平功率变换电路、IGBT驱动电路、 模拟量采集电路、模块控制器、LCL滤波电路、短路保护模块和双路±15V直流电源供 电电路；其特征在于：

T型三电平功率变换电路包括3相T型三电平IGBT模块、直流母线支撑电容组、高 频滤波电容组，所述3相T型三电平IGBT模块的直流侧依次并联高频滤波电容组、直 流母线电容组形成T型三电平功率变换电路的直流侧，3相T型三电平IGBT模块的交 流侧形成T型三电平功率变换电路的交流侧；

在T型三电平功率变换电路的直流侧母线正极和负极之间并联短路保护模块，所述 短路保护模块由1个晶闸管和1个电阻串联组成；

所述T型三电平功率变换电路的交流侧通过LCL滤波电路与交流电网相连，所述LCL 滤波电路由顺次连接的1个变流器侧三相电抗器、3个交流滤波电容器和1个电网侧三 相电抗器组成；

所述双路±15V直流电源供电电路是T型三电平变流器功率模块的供电电源，共包 含两路电源：第一路±15V电源的输入侧连接T型三电平功率变换电路与短路保护模块 之间的直流母线正极和负极，包括依次连接的1个输入滤波电容、1个DC/DC开关电源 模块和1个输出滤波电容；第二路±15V电源的输入侧连接在LCL电路中的变流器侧三 相电抗器和交流滤波电容器之间，包括依次连接1个单相二极管整流桥、1个输入滤波 电容、1个DC/DC开关电源模块和1个输出滤波电容；

模拟量采集电路包括T型三电平变流器功率模块直流输出侧模拟量采集电路和交流 输入侧模拟量采集电路，所述模拟量采集电路的输出侧与模块控制器的输入侧相连；

模块控制器接收模拟量采集电路上送的信息，通过计算处理后转化为SVPWM驱动脉 冲，或者接收中央控制器的控制指令形成驱动脉冲，将所述驱动脉冲下发至IGBT驱动 电路以控制T型三电平功率变换电路运行。

本发明还进一步优选包括以下方案：

所述三相T型三电平IGBT模块共包含三相IGBT模块，每相T型三电平IGBT模块 包含4个IGBT，其中2个IGBT反并联连接，另外两个作为上管IGBT和下管IGBT分别 反并联一个续流二极管，反并联连接的2个IGBT、上管IGBT和下管IGBT星形连接，星 形连接的中点连接到T型三电平功率变换电路交流端的对应相，反并联连接的2个IGBT、 上管IGBT和下管IGBT星形的另一端分别连接至T型三电平功率变换电路直流侧的N极 端子、正极端子和负极端子。