一种二极管中点钳位型三电平逆变器制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种二极管中点钳位型三电平逆变器，在现有逆变器拓扑结构的基础上，通过为逆变器A、B、C三相的上桥臂和下桥臂增加附加动态分流支路，在不改变逆变器与交流电网的电气耦合特性的情况下，通过内部拓扑结构调整提供逆变器工作桥臂电流的动态分流路径，从而在网侧电流发生骤升的情况下，利用附加动态分流支路对二极管中点钳位型三电平逆变器工作桥臂的开关器件进行分流，避免开关器件由于过流造成损坏，提升逆变器安全并网能力和对电力系统稳定的支撑能力。和对电力系统稳定的支撑能力。和对电力系统稳定的支撑能力。

【技术实现步骤摘要】
一种二极管中点钳位型三电平逆变器


[0001]本专利技术涉及电子电子
，尤其是一种二极管中点钳位型三电平逆变器。

技术介绍

[0002]随着风电光伏并网容量持续增长、储能装置以及柔性直流输电工程数量增多，逆变器在电力系统中已大量应用，系统的电力电子化发展趋势日益突出。受电力电子器件过电流耐受能力低等因素制约，在并网交流系统受扰后，逆变器存在因过电流而发生开关器件损坏导致逆变器退出运行风险。在存在风电、光伏、储能等大量基于逆变器并网的电力系统中，逆变器因交流系统扰动出现过电流而故障或脱网，会对系统带来大幅度的有功冲击和无功冲击，进而威胁系统功角稳定、电压稳定以及频率稳定。为此，迫切需要研究提升逆变器耐过电流能力的措施。
[0003]已有相关研究主要围绕逆变器控制策略，研究降低交流系统扰动下的逆变器电流，包括虚拟阻抗控制等，但这种控制方式将增大逆变器与交流系统间电气距离，不利于逆变器为交流电网提供动态无功支撑。因此，提供一种既能为交流电网提供动态无功支撑，又能提升耐过电流能力的逆变器就成为一个急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中的逆变器控制策略在提升逆变器耐过电流能力的同时，由于增大了逆变器与交流系统间电气距离，从而不利于逆变器为交流电网提供动态无功支撑的技术问题，提出了本专利技术。本专利技术的实施例提供了一种二极管中点钳位型三电平逆变器，其不改变逆变器与交流电网的电气耦合特性，通过内部拓扑结构调整提供逆变器工作桥臂电流的动态分流路径，降低工作桥臂开关器件的电流，进而降低逆变器因开关器件过流损坏或脱网风险，提升逆变器抵御并网交流系统扰动能力，保障逆变器并网系统安全稳定运行。
[0005]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种二极管中点钳位型三电平逆变器，其包括：
[0006]逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的开关器件V
a1
、V
a2
、V
b1
、V
b2
、V
c1
、V
c2
和逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的开关器件V
a3
、V
a4
、V
b3
、V
b4
、V
c3
、V
c4
；
[0007]逆变器A、B、C三相的上工作桥臂对应的反关联二极管VD
a1
、VD
a2
、VD
b1
、VD
b2
、VD
c1
、VD
c2
和逆变器A、B、C三相的下工作桥臂对应的反关联二极管VD
a3
、VD
a4
、VD
b3
、VD
b4
、VD
c3
、VD
c4
；
[0008]逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的钳位二极管D
a1
、D
b1
、D
c1
和逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的钳位二极管D
a2
、D
b2
、D
c2
；
[0009]逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路，其包括与逆变器直流侧中性点O连接的二极管D1，与二极管D1连接的开关器件S1和S2，以及与开关器件S2连接的用于对逆变器A、B、C三相进行选相的开关器件T
a1
、T
b1
和T
c1
；
[0010]逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路，其包括与逆变器直流侧中性点O连接的二极管D2，与二极管D2连接的开关器件S3和S4，以及与开关器件S4连接的用于对
逆变器A、B、C三相进行选相的开关器件T
a2
、T
b2
和T
c2
；
[0011]逆变器直流侧中性点O通过电容C1和C2分别与逆变器直流侧正极和负极连接；
[0012]当逆变器中电流正方向为直流侧流向交流侧，且逆变器交流侧三相电流i
a
、i
b
、i
c
中有正向电流最大值的相时，对应导通逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件T
a1
、T
b1
、T
c1
，且逆变器逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路中的二极管D1，开关器件S1和S2对所述正向电流最大值的相进行并联分流；
[0013]当逆变器中电流正方向为直流侧流向交流侧，且逆变器交流侧三相电流i
a
、i
b
、i
c
中有反向电流最大值的相时，对应导通逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件T
a2
、T
b2
、T
c2
，且逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路中的二极管D2，开关器件S3和S4对所述反向电流最大值的相进行并联分流。
[0014]可选地，在本专利技术上述各逆变器实施例中，逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的开关器件V
a1
、V
a2
、V
b1
、V
b2
、V
c1
、V
c2
和逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的开关器件V
a3
、V
a4
、V
b3
、V
b4
、V
c3
、V
c4
，均为绝缘栅双极晶体管IGBT。
[0015]可选地，在本专利技术上述各逆变器实施例中，逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件S1和S2，以及逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件S3和S4，均为缘栅双极晶体管IGBT。
[0016]可选地，在本专利技术上述各逆变器实施例中，逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件T
a1
、T
b1
和T
c1
，以及逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件T
a2
、T
b2
和T
c2
，均为门极可关断晶闸管GTO。
[0017]可选地，在本专利技术上述各逆变器实施例中，根据逆变器交流电流极性和逆变器中开关器件电流流通情况，将逆变器交流侧电流工作区间划分为6个区域，其中：
[0018]在第一工作区域，当逆变器A、B、C三相的上桥臂中A相输出P状态、B相输出N状态时，i
a
>0且i
a
>i
b
、i
a
>i
c<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二极管中点钳位型三电平逆变器，其特征在于，包括：逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的开关器件V
a1
、V
a2
、V
b1
、V
b2
、V
c1
、V
c2
和逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的开关器件V
a3
、V
a4
、V
b3
、V
b4
、V
c3
、V
c4
；逆变器A、B、C三相的上工作桥臂对应的反关联二极管VD
a1
、VD
a2
、VD
b1
、VD
b2
、VD
c1
、VD
c2
和逆变器A、B、C三相的下工作桥臂对应的反关联二极管VD
a3
、VD
a4
、VD
b3
、VD
b4
、VD
c3
、VD
c4
；逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的钳位二极管D
a1
、D
b1
、D
c1
和逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的钳位二极管D
a2
、D
b2
、D
c2
；逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路，其包括与逆变器直流侧中性点O连接的二极管D1，与二极管D1连接的开关器件S1和S2，以及与开关器件S2连接的用于对逆变器A、B、C三相进行选相的开关器件T
a1
、T
b1
和T
c1
；逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路，其包括与逆变器直流侧中性点O连接的二极管D2，与二极管D2连接的开关器件S3和S4，以及与开关器件S4连接的用于对逆变器A、B、C三相进行选相的开关器件T
a2
、T
b2
和T
c2
；逆变器直流侧中性点O通过电容C1和C2分别与逆变器直流侧正极和负极连接；当逆变器中电流正方向为直流侧流向交流侧，且逆变器交流侧三相电流i
a
、i
b
、i
c
中有正向电流最大值的相时，对应导通逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件T
a1
、T
b1
、T
c1
，且逆变器逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路中的二极管D1，开关器件S1和S2对所述正向电流最大值的相进行并联分流；当逆变器中电流正方向为直流侧流向交流侧，且逆变器交流侧三相电流i
a
、i
b
、i
c
中有反向电流最大值的相时，对应导通逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件T
a2
、T
b2
、T
c2
，且逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路中的二极管D2，开关器件S3和S4对所述反向电流最大值的相进行并联分流。2.根据权利要求1所述的二极管中点钳位型三电平逆变器，其特征在于，逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的开关器件VV
a1
、V
a2
、V
b1
、V
b2
、V
c1
、V
c2
和逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的开关器件VV
a3
、V
a4
、V
b3
、V
b4
、V
c3
、V
c4
，均为绝缘栅双极晶体管IGBT。3.根据权利要求1所述的二极管中点钳位型三电平逆变器，其特征在于，逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件S1和S2，以及逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件S3和S4，均为缘栅双极晶体管IGBT。4.根据权利要求1所述的二极管中点钳位型三电平逆变器，其特征在于，逆变器A、B、C三相的上工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件T
a1
、T
b1
和T
c1
，以及逆变器A、B、C三相的下工作桥臂的附加动态分流支路中的开关器件T
a2
、T
b2
和T
c2
，均为门极可关断晶闸管GTO。5.根据权利要求1所述的二极管中点钳位型三电平逆变器，其特征在于，根据逆变器交流电流极性和逆变器中开关器件电流流通情况，将逆变器交流侧电流工作区间划分为6个区域，其中：在第一工作区域，当逆变器A、B、C三相的上桥臂中A相输出P状态、B相输出N状态时，i
a
&gt;0且i
a
&gt;i
b
、i
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，V
a1
、V
a2
导通，对应的开关器件S1、S2和T
a1
导通并作为逆变器A相上桥臂的附加动态分流支路，与A相上工作桥臂的开关器件V
a1
、V
a2
共同分担50％的i
a
；与此同时，i
b
&lt;0且i
b
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a
、i
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c
，V
b3
、V
b4
导通，对应的开关器件S3、S4和T
b2
导通并作为逆变器B相下桥臂的附加动态分流支路，与B相下工作桥臂的开关器件V
b3
、V
b4
共同分担50％的i
b
，其中，P状态和N状态是假
设直流侧中性点电压为0时，桥臂输出分别为高电平和低电平；在第一工作区域，当逆变器A、B、C三相的上桥臂中A相和B相都输出O状态时，i
a
&gt;0且i
a
&gt;i
b
、i
a
&gt;i
c
，D
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、V
a2
导通，对应的二极管D1、开关器件S2和T
a1
导通并作为逆变器A相上桥臂的附加动态分流支路，与A相上工作桥臂D
a1
、V
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共同分担50％的i
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；与此同时，i
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&lt;0且i
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a
、i
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&lt;i
c
，V
b3
、D
b2
导通，对应的开关器件S3和T
b2
，以及二极管D2导通并作为逆变器B相下桥臂的附加动态分流支路，与B相下工作桥臂V
b3
、D
b2
共同分担50％的i
b
，其中，O状态是假设直流侧中性点电压为0时，桥臂输出为0电平；在第二工作区域，当逆变器A、B、C三相的上桥臂中A相输出P状态、C相输出N状态时，i
a
&gt;0且i
a
&gt;i
b
、i
a
&gt;i
c
，V
a1
、V
a2
导通，对应的开关器件S1、S2和T
a1
导通并作为逆变器A相上桥臂的附加动态分流支路，与A相上工作桥臂的开关器件V
a1
、V
a2
共同分担50％的i
a
；与此同时，i
c
&lt;0且i
c
&lt;i
a
、i
c
&lt;i
b
，V
c3
、V
c4
导通，对应的开关器件S3、S4和T
c2
导通并作为逆变器C相下桥臂的附加动态分流支路，与C相下工作桥臂的开关器件V
c3
、V
c4
共同分担50％的i
c
；在第二工作区域，当A、C两相都输出O状态时，i
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&gt;0且i
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b
、i
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&gt;i
c
，D
a1
、V
a2
导通，对应的二极管D1、开关器件S2和T
a1
导通并作为逆变器A相上桥臂的附加动态分流支路，与A相上工作桥臂D
a1
、V
a2
共同分担50％的i
a
；与此同时，i
c
&lt;0且i
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，V
c3
、D
c2
导通，对应的开关器件T
c2
和S3，以及二极管D2导通并作为逆变器C相下桥臂的附加动态分流支路，与C相下工作桥臂V
c3
、D
c2
共同分担50％的i
c
；在第...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙华东，郑超，邓嘉卿，杨大业，宋瑞华，王姗姗，吕思卓，陈怡君，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：