基於h橋級聯型svg功率單元電路的製作方法

2024-01-23 18:58:15 1

專利名稱：基於h橋級聯型svg功率單元電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於H橋級聯型SVG功率單元電路。
背景技術：
隨著電力電子技術的發展，傳統的動態無功補償(SVC)裝置逐漸為靜止無功發生器(SVG)裝置所替代，由於受目前電力電子開關器件的限制，並聯型SVG常用於低壓供電系統無功補償場合。對於中、高壓大容量無功補償場合，並聯型SVG主電路一般需要開關器件的串、並聯，多重化和多電平技術，採用開關器件的串、並聯需要解決器件的動態均壓、均流問題；多重化技術中採用的變壓器具有飽和性和非線性，帶來控制複雜、保護困難等問題。採用多電平技術是提高SVG容量的一個重要的研究方向，多電平逆變器主要有二極體箝位型多電平逆變器、飛跨電容型多電平逆變器和H橋級聯型多電平逆變器。H橋級聯型多電平逆變器與二極體箝位型多電平逆變器和飛跨電容型多電平逆變器相比，其主電路簡單，由於無箝位器件的限制，易於實現較大的電平數目。將H橋級聯型多電平逆變器的拓撲結構應用於SVG中，可以顯著提高SVG的電壓和無功補償容量，具有廣闊的應用前景。在電力電子裝置特別是高壓電力電子裝置中，功率單元級聯是提高容量和電壓等級的有效方法，SVG採用功率單元級聯實現高壓和大容量。中高壓H橋級聯型SVG存在下面幾個問題I、SVG的電壓和容量增加，級聯的功率單元也增加，使SVG裝置的可靠性下降；2、H橋級聯型SVG中各H橋單元的直流電容相互獨立，各H橋電容電壓的均衡控制成為一個難點；3、在功率單元中，功率管的驅動電源和功率單元控制器的電源獲得是個難點；4、H橋級聯型高壓SVG的功率單元電位很高，需考慮H橋功率單元與地之間的高壓隔離問題。

實用新型內容針對上述問題，本實用新型提供一種能夠實現高位電容取能、旁路控制和電容電壓均衡控制的基於H橋級聯型SVG功率單元電路。為達到上述目的，本實用新型基於H橋級聯型SVG功率單元電路，包括電連接的H橋逆變電路、供電電路、放電電路、旁路電路以及控制器，其中，所述H橋逆變電路，用於生成無功功率；所述供電電路，用於從母線上獲取電能，提供所述H橋逆變電路功率管驅動和所述控制器工作所需的電能；所述放電電路，用於調整所述功率單元電路的電容電壓；所述旁路電路，電連接所述H橋逆變電路的交流埠，用於實現SVG的冗餘控制；控制器，用於採樣所述供電電路的直流電壓，對H橋逆變電路、所述放電電路和所述旁路電路進行控制。[0015]進一步地，所述H橋逆變電路包括IGBT管Tl和IGBT管T2構成H橋逆變電路的一個橋臂，IGBT管T3和IGBT管T4構成H橋逆變電路的另一個橋臂，以及與IGBT管Tl和IGBT管T2構成的橋臂相併聯的緩衝電容C3，與IGBT管T3和IGBT管T4構成的橋臂相併聯的緩衝電容C2。進一步地，所述供電電路，包括三個並聯的直流電壓支撐電容C4、C5、C6和分別並聯在三個電容兩端的均壓電阻R2、R3以及DC/DC電源，其中所述DC/DC電源的等效阻抗阻值與均壓電阻R2和R3的阻值相等。於一具體實施中，所述放電電路，由一個放電功率開關T5和一個放電電阻R4串聯構成。進一步地，所述旁路電路，包括兩個反向並聯的晶閘管Ql、Q2、並聯連接在晶閘管兩端的緩衝電路以及BOD保護電路，其中兩個反向並聯的晶閘管Ql、Q2的與H橋逆變電路的交流埠相連，緩衝電路由串聯連接的電容Cl和Rl構成，晶閘管Q1、Q2的陰極連接BOD保護電路。優選地，所述DC/DC電源是恆阻抗的開關電源。本實用新型基於H橋級聯型SVG功率單元電路1、H橋功率單元電路自供電的電容取能；2、H橋功率單元的直流電壓均衡控制採用放電方式；3、旁路電路實現SVG裝置的冗餘控制方式，增加可靠性；4、功率單元與主控系統採用光纖通信，解決強弱電之間的隔離問題和幹擾問題；5、功率單元的高壓隔離。

圖I是本實用新型基於H橋級聯型SVG功率單元電路實施例的框圖；圖2是本實用新型基於H橋級聯型SVG功率單元電路實施例的電路結構示意圖；圖3為本實用新型基於H橋級聯型SVG功率單元電路實施例的電容取能電路的結構示意圖；圖4是本實用新型基於H橋級聯型SVG功率單元電路實施例的BOD保護電路的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖對本實用新型做進一步的描述。 如圖I所示，本實用新型基於H橋級聯型SVG功率單元電路，包括電連接的H橋逆變電路I、供電電路2、放電電路3、旁路電路4以及控制器5，其中，所述H橋逆變電路，用於生成無功功率；所述供電電路，用於從母線上獲取電能，提供所述H橋逆變電路功率管驅動和所述控制器工作所需的電能；所述放電電路，用於調整所述功率單元電路的電容電壓；所述旁路電路，電連接所述H橋逆變電路的交流埠，用於實現SVG的冗餘控制；控制器，用於採樣所述供電電路的直流電壓，對H橋逆變電路、所述放電電路和所述旁路電路進行控制。在H橋逆變電路中，當IGBT管主動關斷以及在二極體反向恢復時，由於di/dt很高，迴路電感會在IGBT管和二極體中感應出開關過電壓。這一效應使得關斷損耗增加，且功率半導體的電壓應力也隨之增加。因此，在採用硬開關的變流器中，換流迴路的總電感應 當儘可能的小，特別重要的是注意保持直流母線迴路的電感儘可能的小。為了降低直流母線迴路的寄生電感值，採用層疊狀的銅排連接直流電壓支撐電容和功率模塊，此類結構可將銅排的電感降低至25 50nH的範圍，但這些電感對功率模塊仍有影響，可通過在功率模塊的直流迴路端子間並聯C、RC或RCD等緩衝電路來進一步減小。在大多數情況下，一個由薄膜電容構成的簡單C緩衝電路便足夠了，電容值約在O. l-2uF之間。如圖2所示，本實施例通過並聯電容C2和C3作為緩衝電路。所述H橋逆變電路I包括IGBT管Tl和IGBT管T2構成H橋逆變電路的一個橋臂，IGBT管T3和IGBT管T4構成H橋逆變電路的另一個橋臂，以及與IGBT管Tl和IGBT管T2構成的橋臂相併聯的緩衝電容C3，與IGBT管T3和IGBT管T4構成的橋臂相併聯的緩衝電容C2，四個IGBT管構成H橋逆變電路的功勞模塊，C3電路為Tl和T2的吸收電路，C2電路為T3和T4的吸收電路。如圖2所示，所述供電電路2，包括三個並聯的直流電壓支撐電容C4、C5、C6和分別並聯在三個電容兩端的均壓電阻R2、R3以及DC/DC電源，其中所述DC/DC電源的等效阻抗阻值與均壓電阻R2和R3的阻值相等。所述DC/DC電源是恆阻抗的開關電源，開關電源的等效阻抗阻值與均壓電阻R2和R3的阻值相等，這保證了串聯電容器C4、C5和C6的均壓。H橋逆變電路的各個功率開關的驅動電源和控制器的電源是由DC/DC開關電源提供。所述放電電路3，由一個放電功率開關T5和一個放電電阻R4串聯構成。它是由IGBT管T5和放電電阻R4串聯組成，放電電路與直流電壓支撐電容相併聯。控制器通過PWM調製策略控制功率開關T5的導通和關斷，調節並聯於直流電壓支撐電容兩端的等效電阻值，實現對H橋功率單元電容電壓的均衡控制。如圖2-4所示，所述旁路電路4，包括兩個反向並聯的晶閘管Q1、Q2、並聯連接在晶閘管兩端的緩衝電路以及BOD保護電路，其中兩個反向並聯的晶閘管Ql、Q2的與H橋逆變電路的交流埠相連，緩衝電路由串聯連接的電容Cl和Rl構成，晶閘管Q1、Q2的陰極連接BOD保護電路。當H橋逆變電路出現故障時，發出指令使相應的旁路裝置動作，控制器控制旁路電路動作，將H橋逆變電路的交流埠相短接，同時將故障功率單元的輸出與電路斷開，並將與故障功率單元相鄰的兩個單元連接起來，有效的將故障功率單元從電路中分離出來，然後SVG可以繼續運行。可實現SVG裝置的冗餘控制。如圖2所示，所述的控制器，採樣支撐電容的直流電壓，並控制放電電路、H橋逆變電路和旁路電路，控制器的電源由電容取能電路提供，SVG主控制器與功率單元控制器採用光纖進行通信。如圖4所示，所述的BOD過電壓保護電路，用一隻BOD元件保護一對反並聯晶閘管Ql、Q2，BOD串接在D42、D43、D44、D45組成的橋式電路中間，這樣Ql、Q2上的端電壓不論正負，BOD都可正常工作。若在晶閘管開通階段內晶閘管的正常觸發通道發生故障，不能產生晶閘管觸發脈衝時，只要晶閘管兩端的正向電壓大於過電壓保護電路的動作值，則過電壓保護電路(B0D觸發)將作為後備觸發通道，向晶閘管發出觸發脈衝，導通晶閘管。二級管D47用於防止BOD動作時電流串入Ql的門極放大電路，二級管D48用於防止BOD動作時電流串入Q2的門極放大電路。以上，僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。
權利要求1.一種基於H橋級聯型SVG功率單元電路，其特徵在於包括電連接的H橋逆變電路、供電電路、放電電路、旁路電路以及控制器，其中，所述H橋逆變電路，用於生成無功功率；所述供電電路，用於從母線上獲取電能，提供所述H橋逆變電路功率管驅動和所述控制器工作所需的電能；所述放電電路，用於調整所述功率單元電路的電容電壓；所述旁路電路，電連接所述H橋逆變電路的交流埠，用於實現SVG的冗餘控制；控制器，用於採樣所述供電電路的直流電壓，對H橋逆變電路、所述放電電路和所述旁路電路進行控制。
2.根據權利要求I所述的基於H橋級聯型SVG功率單元電路，其特徵在於所述H橋逆變電路包括IGBT管Tl和IGBT管T2構成H橋逆變電路的一個橋臂，IGBT管T3和IGBT管T4構成H橋逆變電路的另一個橋臂，以及與IGBT管Tl和IGBT管T2構成的橋臂相併聯的緩衝電容C3，與IGBT管T3和IGBT管T4構成的橋臂相併聯的緩衝電容C2。
3.根據權利要求I所述的基於H橋級聯型SVG功率單元電路，其特徵在於所述供電電路，包括三個並聯的直流電壓支撐電容C4、C5、C6和分別並聯在三個電容兩端的均壓電阻R2、R3以及DC/DC電源，其中所述DC/DC電源的等效阻抗阻值與均壓電阻R2和R3的阻值相等。
4.根據權利要求I所述的基於H橋級聯型SVG功率單元電路，其特徵在於所述放電電路，由一個放電功率開關T5和一個放電電阻R4串聯構成。
5.根據權利要求I所述的基於H橋級聯型SVG功率單元電路，其特徵在於所述旁路電路，包括兩個反向並聯的晶閘管Q1、Q2、並聯連接在晶閘管兩端的緩衝電路以及BOD保護電路，其中兩個反向並聯的晶閘管Ql、Q2的與H橋逆變電路的交流埠相連，緩衝電路由串聯連接的電容Cl和Rl構成，晶閘管Ql、Q2的陰極連接BOD保護電路。
6.根據權利要求3所述的基於H橋級聯型SVG功率單元電路，其特徵在於所述DC/DC電源是恆阻抗的開關電源。
專利摘要本實用新型公開一種基於H橋級聯型SVG功率單元電路，主要為了提供一種應用於中高壓中的基於H橋級聯型SVG功率單元電路。本實用新型基於H橋級聯型SVG功率單元電路，包括電連接的H橋逆變電路、供電電路、放電電路、旁路電路以及控制器，其中，所述H橋逆變電路，用於生成無功功率；所述供電電路，用於從母線上獲取電能，提供所述H橋逆變電路功率管驅動和所述控制器工作所需的電能；所述放電電路，用於調整所述功率單元電路的電容電壓；所述旁路電路，電連接所述H橋逆變電路的交流埠，用於實現SVG的冗餘控制；控制器，用於採樣所述供電電路的直流電壓，對H橋逆變電路、所述放電電路和所述旁路電路進行控制。
文檔編號H02M7/5387GK202749820SQ201220257689
公開日2013年2月20日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者姚自立 申請人:中冶華天工程技術有限公司