一种基于IGCT的级联型变换器及控制方法与流程

本申请涉及电力电子，具体涉及一种基于igct的级联型变换器及控制方法。

背景技术：

1、级联型变换器，包括级联h桥或模块化多电平变换器(modular multilevelconverter，mmc)采用模块化多电平技术，使得采用低耐压器件实现中高压交直流并网成为可能，得到了广泛的应用。

2、在高压大功率应用场合，级联型变换器需要提供冗余设计以提高系统可靠性。目前，主流的级联型变换器中的开关器件采用的是模块型绝缘栅双极型晶体管(igbt，insulated gate bipolar transistor)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(mos，metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)等器件，这些器件通常呈现出失效开路的特性。因此，为了实现器件失效冗余运行，通常在每个级联模块的交流侧设置旁路开关(如双向晶闸管加机械开关)，通过闭合旁路开关将故障模块从系统中旁路，实现系统的继续运行。

3、但是，级联型变换器中增加旁路开关增加了硬件体积、重量以及设计复杂度，增加了成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种基于集成门极换流晶闸管(igct，integrated gate-commutated thyristor)级联型的变换器及控制方法，能够在变换器中有的igct失效时，不必添加旁路开关，便实现失效模块从级联模块中旁路。

2、本申请提供一种基于igct的级联型变换器，包括：控制器和多个dcac模块；

3、多个dcac模块的输出端串联在一起，每个dcac模块包括igct器件；

4、控制器，用于在第一dcac模块中的igct器件出现失效时，控制第一dcac模块的输出电压为零，使第一dcac模块的输出端从变换器中旁路；第一dcac模块为多个dcac模块中的任意一个。

5、优选地，控制器，具体用于在失效的igct器件未形成第一dcac模块的一个桥臂短路，且第一dcac模块的输出电压为零，封锁第一dcac模块中正常的igct器件的脉冲。

6、优选地，控制器，具体用于在失效的igct器件未形成第一dcac模块的一个桥臂短路，且第一dcac模块的输出电压不为零，控制第一dcac模块中部分正常的igct器件导通，使第一dcac模块的输出电压为零；封锁第一dcac模块中的其余正常的igct的脉冲。

7、优选地，控制器，具体用于在失效的igct器件未形成第一dcac模块的一个桥臂短路，且第一dcac模块的输出电压不为零，控制第一dcac模块中部分正常的igct器件导通使第一dcac模块的输出电压为零，第一dcac模块中出现桥臂短路，则控制其余正常的igct器件全部导通，使所有桥臂均短路。

8、优选地，控制器，具体用于在失效的igct器件形成第一dcac模块中至少一个桥臂短路，控制第一dcac模块中其余正常的igct器件全部导通，使第一dcac模块的输出电压为零。

9、优选地，dcac模块为两电平dcac模块或三电平dcac模块。

10、优选地，还包括：多个dcdc模块；

11、多个dcac模块和多个dcdc模块一一对应；

12、每个dcac模块的输入端连接对应的dcdc模块。

13、优选地，每个dcdc模块的输入端用于连接直流电源；

14、直流电源为光伏组串或电池。

15、本申请还提供一种基于igct的级联型变换器的控制方法，变换器包括多个dcac模块；多个dcac模块的输出端串联在一起，每个dcac模块包括igct器件；

16、该方法包括：

17、判断第一dcac模块中是否出现失效的igct器件；第一dcac模块为多个dcac模块中的任意一个；

18、在第一dcac模块中出现失效的igct器件，控制第一dcac模块的输出电压为零，使第一dcac模块的输出端从变换器中旁路。

19、优选地，在第一dcac模块中出现失效的igct器件，控制第一dcac模块的输出电压为零，具体包括：

20、在失效的igct器件未形成第一dcac模块的一个桥臂短路，且第一dcac模块的输出电压为零，封锁第一dcac模块中正常的igct器件的脉冲。

21、优选地，在第一dcac模块中出现失效的igct器件时，控制第一dcac模块的输出电压为零，具体包括：

22、在失效的igct器件未形成第一dcac模块的一个桥臂短路，且第一dcac模块的输出电压不为零，控制第一dcac模块中部分正常的igct器件导通，使第一dcac模块的输出电压为零；封锁第一dcac模块中的其余正常的igct的脉冲。

23、优选地，在第一dcac模块中出现失效的igct器件时，控制第一dcac模块的输出电压为零，具体包括：

24、在失效的igct器件未形成第一dcac模块的一个桥臂短路，且第一dcac模块的输出电压不为零，控制第一dcac模块中部分正常的igct器件导通使第一dcac模块的输出电压为零，第一dcac模块中出现桥臂短路，则控制其余正常的igct器件全部导通，使所有桥臂均短路。

25、优选地，在第一dcac模块中出现失效的igct器件时，控制第一dcac模块的输出电压为零，具体包括：

26、在失效的igct器件形成第一dcac模块中至少一个桥臂短路，控制第一dcac模块中其余正常的igct器件全部导通，使第一dcac模块的输出电压为零。

27、由此可见，本申请具有如下有益效果：

28、本申请提供的基于igct的级联型变换器，不论一个dcac模块中失效的igct器件的数量多少，只要使该dcac模块的输出电压为零，实现被旁路的效果即可，即不影响其他dcac模块的正常运行。而且本申请提供的技术方案不需要设置专门的旁路开关，因为igct器件自身在失效时呈现短路模式，即通过igct器件的导通状态来实现旁路电流通路，因此，结合igct失效时的特点可以实现旁路的效果，降低了硬件体积和重要，降低了硬件成本。

技术特征：

1.一种基于igct的级联型变换器，其特征在于，包括：控制器和多个dcac模块；

2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于在失效的igct器件未形成所述第一dcac模块的一个桥臂短路，且所述第一dcac模块的输出电压为零，封锁所述第一dcac模块中正常的igct器件的脉冲。

3.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于在失效的igct器件未形成所述第一dcac模块的一个桥臂短路，且所述第一dcac模块的输出电压不为零，控制所述第一dcac模块中部分正常的igct器件导通，使所述第一dcac模块的输出电压为零；封锁所述第一dcac模块中的其余正常的igct的脉冲。

4.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于在失效的igct器件未形成所述第一dcac模块的一个桥臂短路，且所述第一dcac模块的输出电压不为零，控制所述第一dcac模块中部分正常的igct器件导通使所述第一dcac模块的输出电压为零，所述第一dcac模块中出现桥臂短路，则控制其余正常的igct器件全部导通，使所有桥臂均短路。

5.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述控制器，具体用于在失效的igct器件形成所述第一dcac模块中至少一个桥臂短路，控制所述第一dcac模块中其余正常的igct器件全部导通，使所述第一dcac模块的输出电压为零。

6.根据权利要求1-5任一项所述的变换器，其特征在于，所述dcac模块为两电平dcac模块或三电平dcac模块。

7.根据权利要求1-5任一项所述的变换器，其特征在于，还包括：多个dcdc模块；

8.根据权利要求7所述的变换器，其特征在于，每个所述dcdc模块的输入端用于连接直流电源；

9.一种基于igct的级联型变换器的控制方法，其特征在于，所述变换器包括多个dcac模块；所述多个dcac模块的输出端串联在一起，每个所述dcac模块包括igct器件；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一dcac模块中出现失效的igct器件，控制所述第一dcac模块的输出电压为零，具体包括：

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一dcac模块中出现失效的igct器件时，控制所述第一dcac模块的输出电压为零，具体包括：

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一dcac模块中出现失效的igct器件时，控制所述第一dcac模块的输出电压为零，具体包括：

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一dcac模块中出现失效的igct器件时，控制所述第一dcac模块的输出电压为零，具体包括：

技术总结
本申请公开了一种基于IGCT的级联型变换器及控制方法，变换器包括：控制器和多个DCAC模块；多个DCAC模块的输出端串联在一起，每个DCAC模块包括IGCT器件；控制器，用于在第一DCAC模块中的IGCT器件出现失效时，控制第一DCAC模块的输出电压为零，使第一DCAC模块的输出端从变换器中旁路；第一DCAC模块为多个DCAC模块中的任意一个。本申请提供的技术方案不需要设置专门的旁路开关，因为IGCT器件自身在失效时呈现短路模式，即通过IGCT器件的导通状态来实现旁路电流通路，因此，结合IGCT失效时的特点可以实现旁路的效果，降低了硬件体积和重要，降低了硬件成本。

技术研发人员：庄园,庄富帅,周东东,庄桂元,庄加才
受保护的技术使用者：阳光电源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13