一种适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统技术方案

本发明专利技术提供一种适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，包括n个依次串联的自取能单元；所述自取能单元包括IGBT、前馈取能电路、DC-DC取能变换器和GU驱动板，所述前馈取能电路并联在IGBT的漏极和栅极之间，并通过DC-DC取能变换器连接GU驱动板，所述GU驱动板的输出端连接IGBT的栅极。本发明专利技术可以实现在换流器直流侧母线电压由零爬升至较低的电压水平高电位自取能系统即可获取电能，在换流器长期闭锁的条件下也可以获得稳定的电能以及在换流器工作在连续斩波工作状态下亦可以获得充足的电能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自取能系统，具体涉及一种适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统。
技术介绍
随着电力系统对电力电子技术的需求，高压大功率电力电子技术的研究成为当今电力系统研究中一个重要分支。但是，由于电力电子器件的单管耐压低，容量小很难直接应用于电力系统中。因此，高压大功率电力电子装置往往采用以下四种方式：(1)将多个低压小功率电压源换流器输出通过变压器多重化叠加技术得到高压大功率输出。(2)在低压小功率电压源换流器的交流输出端分别使用变压器进行升降压，中间环节仍然采用低压换流器。(3)使用多电平输出的主电路拓扑。(4)电力电子器件直接串联的两电平拓扑。第一种方式需使用变压器；第二种方式不仅需要使用变压器，而且存在中间环节电流大、效率低、可靠性低等问题；第三种方式是高压大功率场合目前普遍使用的主电路拓扑。2002年德国学者Marquardt等人公布了一种模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，简称MMC)拓扑，该技术通过一系列结构相同的单相半桥单元级联而成。每个单相半桥都称为子模块，模块化程度高，安装维护方便，但存在自身无法切断直流故障电流以及随着电压等级的提高，多电平主电路拓扑结构的复杂性迅速提高，使用器件数量增多，控制难度增大，可靠性降低等缺点。第四种方式两电平主电路拓扑具有结构简单、器件使用数量少、控制简单、可靠性高等特点。虽然国外有研究机构进行IGBT串联技术的研究，但鲜见报道。直到现在，真正实现商业应用的只有ABB公司。高压IGBT串联应用的难点是主动均压控制技术，而高电位自取能技术是实现主动均压控制的先决条件。在高压大电流IGBT串联应用的条件下如何从一次设备本身取得电能是至关重要的，其应用条件有以下主要特征：其一，由高压IGBT串联构成的三相H桥在静态三相闭锁条件下，各个高压IGBT阀端电压为直流电压；其二，由高压IGBT串联构成的三相H
桥在静态三相闭锁条件下，静态均压回路电流的大小受IGBT阀端电压的大小影响较大，当IGBT阀端电压升到额定电压条件附近时能输出几十毫安电流，而在IGBT阀端电压较低的条件下静态回路电流只有几个毫安，无法在IGBT阀端电压较低的情况下取得足够的电能给驱动电路使用，从而不能实现直流母线电压较低的情况下，实现对串联IGBT组成的换流器阀体的工作状态进行检测与保护，不利于提高系统的安全性与可靠性；其三、由高压IGBT串联构成的三相H桥在静态三相闭锁条件下，由电阻电容串联构成的动态均压回路电流为零。由高压IGBT串联构成的三相H桥在斩波条件下，由电阻电容串联构成的动态均压回路产生电流。基于以上技术特征，在高压IGBT静态回路以及阻容动态吸收回路进行高电位自取能方案是不可行或者是比较困难的。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，可以实现在换流器直流侧母线电压由零爬升至较低的电压水平高电位自取能系统即可获取电能，在换流器长期闭锁的条件下也可以获得稳定的电能以及在换流器工作在连续斩波工作状态下亦可以获得充足的电能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，所述系统包括n个依次串联的自取能单元；所述自取能单元包括IGBT、前馈取能电路、DC-DC取能变换器和GU驱动板，所述前馈取能电路并联在IGBT的漏极和栅极之间，并通过DC-DC取能变换器连接GU驱动板，所述GU驱动板的输出端连接IGBT的栅极。所述前馈取能电路包括续流二极管D、静态均压电阻Rs、动态阻尼回路和取能二极管V；所述动态阻尼回路包括串联的动态吸收电容Cd和动态吸收电阻Rd。所述续流二极管D的阳极连接IGBT的源极，其阴极连接IGBT的漏极；所述静态均压电阻Rs和动态阻尼回路均并联在续流二极管D的两端；所述取能二极管V的阳极连接续流二极管D的阴极，其阴极连接DC-DC取能变换器。所述DC-DC取能变换器包括m个串联的取能变换单元；所述取能变换单元包括取能电容Cs、取能子单元T和均流二极管Z；所述取能电容Cs与取能子单元T并联，所述取能子单元T通过均流二极管Z连接GU驱动板，为GU驱动板供电。所述取能子单元T包括取能子单元T的输入端采取推挽串联方式，其输出端采用均流二极管Z并联方式。所述取能子单元T包括启动电路、控制电路、线性隔离变压器B、MOSFET开关管Q、整流二极管Vd和滤波电容CL；所述启动电路通过控制电路连接MOSFET开关管Q的栅极，所述启动电路同时连接线性隔离变压器B的原边线圈，所述原边线圈的另一端连接MOSFET开关管Q的漏极，所述MOSFET开关管Q的源级接地；所述线性隔离变压器B副边线圈一端接地，另一端连接整流二极管Vd的正极，整流二极管Vd的负极通过滤波电容CL接地。所述续流二极管D的耐受电压和承载电流分别用VAK_D和IC_D表示，且满足： V AK _ D ≥ V CES _ IGBT I C _ D ≥ I C _ IGBT ]]>其中，VCES_IGBT为IGBT耐受电压，IC_IGBT为IGBT承载电流。所述静态均压电阻Rs的阻值满足： R s ′ ≤ U m n × I CES ]]>其中，Rs′为静态均压电阻Rs的阻值，Um为IGBT串联所耐受的总电压值，ICES为IGBT漏极电流。所述动态吸收电容Cd的容值满足： C d ′ ≥ I L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，其特征在于：所述系统包括n个依次串联的自取能单元；所述自取能单元包括IGBT、前馈取能电路、DC‑DC取能变换器和GU驱动板，所述前馈取能电路并联在IGBT的漏极和栅极之间，并通过DC‑DC取能变换器连接GU驱动板，所述GU驱动板的输出端连接IGBT的栅极。

【技术特征摘要】
1.一种适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，其特征在于：所述系统包括n个依次串联的自取能单元；所述自取能单元包括IGBT、前馈取能电路、DC-DC取能变换器和GU驱动板，所述前馈取能电路并联在IGBT的漏极和栅极之间，并通过DC-DC取能变换器连接GU驱动板，所述GU驱动板的输出端连接IGBT的栅极。2.根据权利要求1所述的适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，其特征在于：所述前馈取能电路包括续流二极管D、静态均压电阻Rs、动态阻尼回路和取能二极管V；所述动态阻尼回路包括串联的动态吸收电容Cd和动态吸收电阻Rd。3.根据权利要求2所述的适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，其特征在于：所述续流二极管D的阳极连接IGBT的源极，其阴极连接IGBT的漏极；所述静态均压电阻Rs和动态阻尼回路均并联在续流二极管D的两端；所述取能二极管V的阳极连接续流二极管D的阴极，其阴极连接DC-DC取能变换器。4.根据权利要求1所述的适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，其特征在于：所述DC-DC取能变换器包括m个串联的取能变换单元；所述取能变换单元包括取能电容Cs、取能子单元T和均流二极管Z；所述取能电容Cs与取能子单元T并联，所述取能子单元T通过均流二极管Z连接GU驱动板，为GU驱动板供电。5.根据权利要求4所述的适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，其特征在于：所述取能子单元T包括取能子单元T的输入端采取推挽串联方式，其输出端采用均流二极管Z并联方式。6.根据权利要求4所述的适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，其特征在于：所述取能子单元T包括启动电路、控制电路、线性隔离变压器B、MOSFET开关管Q、整流二极管Vd和滤波电容CL；所述启动电路通过控制电路连接MOSFET开关管Q的栅极，所述启动电路同时连接线性隔离变压器B的原边线圈，所述原边线圈的另一端连接MOSFET开关管Q的漏极，所述MOSFET开关管Q的源级接地；所述线性隔离变压器B副边线圈一端接地，另一端连接整流二极管Vd的正极，整流二极管Vd的负极通过滤波电容CL接地。7.根据权利要求2所述的适用于IGBT串联应用模式下的高电位自取能系统，其特征在于：所述续流二极管D的耐受电压和承载电流分别用VAK_D和IC_D表示，且满足： V AK _ D ≥ V CES _ IGBT I C _ D ≥ I C _ IGBT ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫国，赵东元，蔚泉清，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11