一种两电平逆变器的取能电路及其启动控制方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 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。
[0007] 第一方面，两电平逆变器的取能电路的技术方案是：
[0008] 所述两电平逆变器包括直流电源UDC，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UDe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；
[0009] 所述取能电路的数量为2n，且分别并联在所述功率器件的两端；
[0010] 所述取能电路包括串联的电容器和第二二极管；所述第二二极管的阳极与所述功 率器件的集电极连接，阴极通过所述电容器与功率器件的发射极连接。
[0011] 优选的，所述取能电路还包括功率模块驱动单元的等效电阻，所述等效电阻并联 在电容器两端；
[0012] 优选的，所述功率器件为IGBT。
[0013] 第二方面，两电平逆变器的取能电路的启动控制方法的技术方案是：
[0014] 所述方法包括：
[0015] 步骤1 :设定所述两电平逆变器的第一触发信号和第二触发信号；所述第一触发 信号为上桥臂单元中功率器件的触发信号，所述第二触发信号为下桥臂单元中功率器件的 触发信号；
[0016] 步骤2 :采用所述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。
[0017] 优选的，设定所述第一触发信号包括：
[0018] 设定第一触发信号的触发周期Tsl=T^+T^i、T-为上桥臂单元的导通时间和 Trffl为上桥臂单元的截止时间；所述第一触发信号中第i+1个触发周期的导通时间大于第 i个触发周期的导通时间，i彡1;
[0019] 设定所述第二触发信号包括：
[0020] 设定第二触发信号的触发周期Ts2=T"2+1^2、Tw为下桥臂单元的导通时间和 Trff2为下桥臂单元的截止时间；所述第二触发信号中第i+1个触发周期的导通时间大于第 i个触发周期的导通时间，i彡1;
[0021] 优选的，所述第一触发信号和第二触发信号的参数设定关系为：
[0022]
⑴
[0023] 所述第二触发信号相对于第一触发信号的延迟时间为
[0024] 与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
[0025] 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，通过设定连续变 化的债脉冲分别触发两电平逆变器的上下桥臂，控制功率模块正常工作前的导通时间和取 能电容的充电速度，延长取能电路的充电时间，降低了两点品高逆变器启动时的充电电流。 该软启动方式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。
【附图说明】
[0026] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0027] 图1 :本发明实施例中一种两电平逆变器的取能电路结构示意图；
[0028] 图2 :本发明实施例中两电平逆变器的PWM控制信号启动时取能电容的电流电压 示意图；
[0029] 图3 :本发明实施例中取能电路的触发信号示意图；
[0030] 图4 :本发明实施例中触发信号启动时取能电容的电流电压示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0032] 本发明提供的一种基于两电平逆变器的高电位取能电路及其启动控制方法，如图 1所示两电平逆变器的结构为：
[0033] 1、本实施例中该两电平逆变器包括直流电源UDe，以及串联的上桥臂单元和下桥臂 单元。其中，
[0034] ①：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 ;直流电源UDe并联在上桥臂单元和下桥臂单元的两端。
[0035] 如图1所示，上桥臂单元由功率模块~功率模块T"串联组成，下桥臂单元由功 率模块Tn+1~功率模块T2n串联组成。
[0036] ②：功率模块包括功率器件和第一二极管，第一二极管反向并联在功率器件的两 端。
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