一种T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构制造技术

本发明专利技术提出了一种T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，包括冗余备份单元和主工作单元并联连接在直流电源的两端，耦合连接单元为耦合电感，耦合电感的一端与冗余备份单元的中点相连接、另一端与直流母线电容的中点相连接；主工作单元的输出端与负载相连接，上端和下端分别通过不同的熔断器与直流电源的正极和负极相连接，中端与直流母线电容的中点相连接；主工作单元和冗余备份单元上均设有驱动控制电路。本发明专利技术冗余桥臂只有在主工作单元检测到故障时才进入工作状态；整体功率损耗小，故障检测简单可靠，故障定位准确，容错能力高，结构更加简单，故障前后电力传输“无缝”切换，且在连续工况性能上达到长时间稳定工作。

A redundant structure of FC bridge arm for t-inverter

【技术实现步骤摘要】
一种T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构
本专利技术涉及风力发电、光伏发电配电网的
，尤其涉及一种T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，可用于海上风力发电、偏远地区的光伏发电等的配网或发电机等高可靠性、高容错性、高维护性、高可用性的大中功率电力转换器领域，或应用在故障发生时不能即时停机维修的情况或维修期很长、维修代价很大的工业电力系统装备领域。
技术介绍
电力电子转换系统运行的可靠性在电力系统里是现在乃至未来最关键也是最具有挑战性的课题。特别是在海上风力发电领域，由于风力发电设备的巨大，其停机维修的代价较大，成本较高。其次，由于海上风力发电厂的海上环境的恶劣，造成其维修周期较长甚至是不可实现的。因此，设计的电力转换器不但需要具有很高的容错能力，同时也会通过增加整机备份的方式来提高系统运行的可靠性。但这样会极大的增加电力转换器的体积与重量，也同时增大了发电设备制造费用和发电厂运营的成本。近年来，随着清洁能源的大规模应用和快速发展，人们在提高现有电力电子技术的电能转换效率和鲁棒性的同时，更渴望能够解决电力电子转换系统整机备份体积大、可靠性低、成本高等实际工程问题，开发出新型的电能转换拓扑结构。为了解决这一问题，各国的研究者从电气装置本身的故障诊断和控制策略以及结构的可靠性方面进行了广泛深入的研究。虽然通过上述方式能够取得一定的优化效果，但都不能达到更经济实用的目标。采用全控型IGBT为开关器件的电压型逆变器，是大中功率电力应用最广泛的电力转换系统之一，此电力转换系统是海上风力发电、大规模光伏发电电力系统的重要组成部分。其实际工作运行时的可靠性是关系到整个电力系统正常运行的关键所在。对于该电力转换装置所产生的故障，由于在发电过程中不能依靠人力去即时排除故障或者维修的代价较大，因此，为了保证供电系统达到持续供电的目的，针对电力转换系统的故障问题，所采用的解决方法是传统的可靠性工程的结构容错技术，即整机备份的方式。因此，除正常工作的电力转换系统外，还需要对每一个电力转换系统结构附加一个整机备份系统，相应的控制系统也同样需要备份。这种方法虽然对清洁能源配电系统运行可靠性有一定提高，但同样也增加了故障系统和备份系统切换的不稳定性，同时整机备份单元也增加了体积、重量和成本。这些特点已经成为现在清洁能源大规模推广应用的瓶颈问题。
技术实现思路
针对现有电力转换系统的故障系统和备份系统切换不稳定，且体积和成本较大的技术问题，本专利技术提出一种T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，整体功率损耗小，故障检测简单可靠，故障定位准确，容错能力高，且具有高可靠性、低成本、结构简单的特点，适应于清洁能源大规模推广的发展趋势。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案实现如下：一种T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，包括直流电源、冗余备份单元、主工作单元和耦合连接单元，所述冗余备份单元和主工作单元并联连接在直流电源的两端，所述耦合连接单元为耦合电感，耦合电感的一端与冗余备份单元的中点相连接、另一端与直流母线电容的中点相连接，直流母线电容的两端分别与直流电源的两端相连接；所述主工作单元为T型逆变器，T型逆变器的输出端与负载相连接，T型逆变器桥臂的上端和下端分别通过两个熔断器与直流电源的正极和负极相连接，T型逆变器的桥臂中端与直流母线电容的中点相连，T型逆变器的桥臂中端分别通过连接二级管与T型逆变器桥臂的上端和下端相连接；所述T型逆变器和冗余备份单元上均设有驱动控制电路。所述冗余备份单元为FC冗余桥臂电路；所述冗余备份单元包括四个依次串联连接的第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块和第四IGBT模块；第一IGBT模块与直流电源的正极相连接，第四IGBT模块与直流电源的负极相连接，第二IGBT模块和第三IGBT模块之间的中点与耦合电感相连接，第一IGBT模块和第二IGBT模块之间的中点、第三IGBT模块和第四IGBT模块之间的中点之间连接有飞跨电容；第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块和第四IGBT模块上均设有驱动控制电路。所述主工作单元包括三路并联连接的T型逆变器，三路T型逆变器上均并联有隔离单元，三路T型逆变器的输出端分别与负载连接，三个负载并联连接。所述T型逆变器的上端和下端之间并联连接有隔离单元，所述隔离单元包括隔离晶闸管和隔离电感，隔离晶闸管的阳极与T型逆变器桥臂的上端相连接，隔离晶闸管的阴极与隔离电感串联连接，隔离电感与T型逆变器桥臂的下端相连接；所述连接二级管包括上二极管和下二极管，上二极管的阴极与T型逆变器桥臂的上端、熔断器的下端相连接，上二极管的阳极与直流母线电容的中点相连接；隔离电感与下二极管的阳极、熔断器相连接，下二极管的阴极与直流母线电容的中点相连接。所述T型逆变器的桥臂包含第五IGBT模块、第六IGBT模块、第七IGBT模块和第八IGBT模块，第五IGBT模块的上端通过熔断器与直流电源的正极相连接，第八IGBT模块的下端通过熔断器与直流电源的负极相连接，第六IGBT模块的一端粉笔与直流母线电容的中点以及上二极管的阳极、下二极管的阴极相连接，第五IGBT模块的另一端、第七IGBT模块的一端和第八IGBT模块的一端并联连接后为T型逆变器的输出端，第七IGBT模块的另一端与第六IGBT模块的另一端相连接；所述隔离晶闸管的阳极分别与上二极管的阴极和第五IGBT模块的一端相连接，隔离电感分别与下二极管的阳极和第八IGBT模块的另一端相连接；所述第五IGBT模块、第六IGBT模块、第七IGBT模块和第八IGBT模块均与驱动控制电路相连接。所述直流母线电容包括电容C1和电容C2，电容C1和电容C2串联连接，电容C1上端与直流电源（4）的正极相连接，电容C2下端与直流电源的负极相连接；电容C1与电容C2之间的中点分别与耦合电感、主工作单元中每一相第六IGBT模块一端相连，同时与上隔离二极管阳极、下隔离二极管的阴极连接成中点。所述驱动控制电路包括IGBT控制单元和过电流检测单元，IGBT控制单元与过电流检测单元相连接，IGBT控制单元均与T型逆变器和冗余备份单元中的每个IGBT模块相连接，过电流检测单元均与T型逆变器和冗余备份单元中的每个IGBT模块相连接，过电流检测单元实时监测T型逆变器中每个IGBT模块的过电流故障，IGBT控制单元根据过电流检测单元的监测结果决定是否停止所在故障桥臂的所有IGBT模块的工作，同时决定是否将冗余备份单元的IGBT模块的驱动控制电路激活。所述负载包括负载电感和负载电阻，负载电感和负载电阻串联连接后分别与主工作单元的每相输出端相连接。本专利技术的有益效果：通过采用冗余桥臂的方式，对故障有针对性的增加简单的冗余模块的方式就可以使配电系统在不降低输出功率的前提下真正达到故障前后电力传输的“无缝”切换，对电力转换器结构的故障定位更加准确，故障单元控制信号转换为冗余备份单元的控制信号更易操作，从而降低了整个系统再次出错的机会；冗余备份单元工作在冗余模式，只有在主工作单元检测到过流故障时才进行触发使得冗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，包括直流电源（4）、冗余备份单元（2）、主工作单元（1）和耦合连接单元，所述冗余备份单元（2）和主工作单元（1）并联连接在直流电源（4）的两端，其特征在于，所述耦合连接单元为耦合电感（6），耦合电感（6）的一端与冗余备份单元（2）的中点相连接、另一端与直流母线电容（7）的中点相连接，直流母线电容（7）的两端分别与直流电源（4）的两端相连接；所述主工作单元（1）为T型逆变器，T型逆变器的输出端与负载（8）相连接，T型逆变器桥臂的上端和下端分别通过两个熔断器（3）与直流电源（4）的正极和负极相连接，T型逆变器的桥臂中端与直流母线电容（7）的中点相连，T型逆变器的桥臂中端分别通过连接二级管（9）与T型逆变器桥臂的上端和下端相连接；所述T型逆变器和冗余备份单元（2）上均设有驱动控制电路（5）。/n

【技术特征摘要】
1.一种T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，包括直流电源（4）、冗余备份单元（2）、主工作单元（1）和耦合连接单元，所述冗余备份单元（2）和主工作单元（1）并联连接在直流电源（4）的两端，其特征在于，所述耦合连接单元为耦合电感（6），耦合电感（6）的一端与冗余备份单元（2）的中点相连接、另一端与直流母线电容（7）的中点相连接，直流母线电容（7）的两端分别与直流电源（4）的两端相连接；所述主工作单元（1）为T型逆变器，T型逆变器的输出端与负载（8）相连接，T型逆变器桥臂的上端和下端分别通过两个熔断器（3）与直流电源（4）的正极和负极相连接，T型逆变器的桥臂中端与直流母线电容（7）的中点相连，T型逆变器的桥臂中端分别通过连接二级管（9）与T型逆变器桥臂的上端和下端相连接；所述T型逆变器和冗余备份单元（2）上均设有驱动控制电路（5）。


2.根据权利要求1所述的T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，其特征在于，所述冗余备份单元（2）为FC冗余桥臂电路；所述冗余备份单元（2）包括四个依次串联连接的第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块和第四IGBT模块；第一IGBT模块与直流电源（4）的正极相连接，第四IGBT模块与直流电源（4）的负极相连接，第二IGBT模块和第三IGBT模块之间的中点与耦合电感（6）相连接，第一IGBT模块和第二IGBT模块之间的中点、第三IGBT模块和第四IGBT模块之间的中点之间连接有飞跨电容（9）；第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块和第四IGBT模块上均设有驱动控制电路（5）。


3.根据权利要求1或2所述的T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，其特征在于，所述主工作单元（1）包括三路并联连接的T型逆变器，三路T型逆变器上均并联有隔离单元，三路T型逆变器的输出端分别与负载（8）连接，三个负载（8）并联连接。


4.根据权利要求3所述的T型逆变器FC桥臂冗余结构电力转换器拓扑结构，其特征在于，所述T型逆变器的上端和下端之间并联连接有隔离单元，所述隔离单元包括隔离晶闸管（10）和隔离电感（11），隔离晶闸管（10）的阳极与T型逆变器桥臂的上端相连接，隔离晶闸管（10）的阴极与隔离电感（11）串联连接，隔离电感（11）与T型逆变器桥臂的下端相连接；所述连接二级管（9）包括上二极管和下二极管，上二极管的阴极与T型逆变器桥臂的上端、熔断器（3）的下端相连接，上二极管的阳极与直流母线电容的中点相连接；隔离电感（11）与下二极管的阳极、熔断器（3）相连接，下二极管的阴极与直流母线电容（...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦智峰，金楠，杨小亮，李琰琰，武洁，张衡毅，王楠，郭新飞，钟征超，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41