一种整流电源拓扑结构及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种整流电源拓扑结构及其控制方法。

背景技术：

1、随着可再生能源的快速发展，社会对氢能源的需求快速增加，氢气作为一种零碳的能源载体，在我国能源互联网中应用广泛，其中水电解制氢是目前最有发展潜力的绿色氢能生产方式。

2、整流电源作为电解水制氢的核心装置，其性能直接影响制氢的效率与成本。在兆瓦级大功率整流场所，目前工业上广泛采用的桥式整流电路拓扑方案，该电源拓以二极管和晶闸管作为核心开关器件，在应用中存在电压脉动大、电流谐波高、整流电压的上限值受限等问题，导致制氢效率较低且难以满足未来电网的要求。为了减小电压脉动、降低谐波污染以及提高功率因数，业界提出使用pwm整流器拓扑替代传统桥式整流电路作为整流电源，但是大功率pwm整流器的启动需要配置额外的预充电回路，且无法实现从整流电压的从零调节，严重限制了其在低压整流场合的应用。为了兼顾整流电源的性能和应用范围，业界提出了桥式整流电路与pwm整流器直流侧并联的电路拓扑，该拓扑虽然可以同时发挥桥式整流电路与pwm整流器的优势，但是其并联联结方式使得直流侧不得不引入接触器、断路器等开关切换装置，在低压大功率整流场所，负载电流通常可达到上万安培甚至更高，该电流容量等级下的接触器、断路器成本及其昂贵，导致成本大幅上升。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种即具备pwm整流功能和基于半控器件的桥式整流功能，具备更宽的电压调节范围，同时负载可以与整流电源的直流侧直接相连，避免附加大功率接触器、断路器等高成本器件的整流电源拓扑结构及其控制方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种整流电源拓扑结构，包括多个整流模块，多个整流模块形成桥式整流电路，其中至少一个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

4、优选的，包括六个整流模块，六个整流模块形成三相桥式整流电路，其中六个整流模块均由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成。

5、优选的，包括六个整流模块，六个整流模块形成三相桥式整流电路，其中位于上桥臂或下桥臂的三个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

6、优选的，包括六个整流模块，六个整流模块形成三相桥式整流电路，其中位于上桥臂或下桥臂的其中两个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

7、优选的，包括六个整流模块，六个整流模块形成三相桥式整流电路，其中位于上桥臂或下桥臂的其中一个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

8、优选的，包括四个整流模块，四个整流模块形成单相桥式整流电路，其中四个整流模块均由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成。

9、优选的，包括四个整流模块，四个整流模块形成单相桥式整流电路，其中两个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

10、优选的，包括四个整流模块，四个整流模块形成单相桥式整流电路，其中一个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

11、优选的，所述全控开关器件包括igbt、mosfet、igct，所述半控开关器件包括晶闸管，所述不可控开关器件包括二极管。

12、如上述的整流电源拓扑结构的控制方法，包括以下步骤：

13、步骤1)采集该整流电源电网侧的交流电压有效值信号ug、交流电流有效值信号ig以及直流母线电压有效值信号udc，并计算整流模式的判断阈值umode；

14、步骤2)将umode与直流母线电压的设定值做对比，计算整流模式的标志位mode值；

15、步骤3)根据步骤2)的mode值对各全控开关器件和半控开关器件的导通和关断进行相应的控制；

16、步骤4)返回执行步骤1)。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、1、本发明利用全控开关器件反并联半控开关器件或不可控开关器件构成三相整流电源和单相整流电源的新型拓扑结构，并针对不同的拓扑结构、运行范围和直流侧负载的需求，制定运行模式的选择判据，进而在不同运行模式下针对性地调节全控开关器件和半控器件的导通与关断，由此提出不同运行模式下的整流控制方法，使得本发明所提出的整流电源同时具备了pwm整流功能和基于半控器件的桥式整流功能，具备更宽的电压调节范围，同时负载可以与电源的直流侧直接相连，避免了附加大功率接触器、断路器等高成本器件的问题，大幅降低了成本。

技术特征：

1.一种整流电源拓扑结构，其特征在于，包括多个整流模块，多个整流模块形成桥式整流电路，其中至少一个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

2.根据权利要求1所述的整流电源拓扑结构，其特征在于，包括六个整流模块，六个整流模块形成三相桥式整流电路，其中六个整流模块均由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成。

3.根据权利要求1所述的整流电源拓扑结构，其特征在于，包括六个整流模块，六个整流模块形成三相桥式整流电路，其中位于上桥臂或下桥臂的三个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

4.根据权利要求1所述的整流电源拓扑结构，其特征在于，包括六个整流模块，六个整流模块形成三相桥式整流电路，其中位于上桥臂或下桥臂的其中两个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

5.根据权利要求1所述的整流电源拓扑结构，其特征在于，包括六个整流模块，六个整流模块形成三相桥式整流电路，其中位于上桥臂或下桥臂的其中一个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

6.根据权利要求1所述的整流电源拓扑结构，其特征在于，包括四个整流模块，四个整流模块形成单相桥式整流电路，其中四个整流模块均由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成。

7.根据权利要求1所述的整流电源拓扑结构，其特征在于，包括四个整流模块，四个整流模块形成单相桥式整流电路，其中两个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

8.根据权利要求1所述的整流电源拓扑结构，其特征在于，包括四个整流模块，四个整流模块形成单相桥式整流电路，其中一个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。

9.根据权利要求1到8任一所述的整流电源拓扑结构，其特征在于，所述全控开关器件包括igbt、mosfet、igct，所述半控开关器件包括晶闸管，所述不可控开关器件包括二极管。

10.如权利要求1到8任一所述的整流电源拓扑结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种整流电源拓扑结构及其控制方法，该整流电源拓扑结构包括多个整流模块，多个整流模块形成桥式整流电路，其中至少一个整流模块由一个全控开关器件和一个半控开关器件反并联组成，其余整流模块由一个全控开关器件和一个不可控开关器件反并联组成。本发明所提出的整流电源同时具备了PWM整流功能和基于半控器件的桥式整流功能，具备更宽的电压调节范围，同时负载可以与电源的直流侧直接相连，避免了附加大功率接触器、断路器等高成本器件的问题，大幅降低了成本。

技术研发人员：裴金鑫,刘志祥,张林,朱小林,李中志,叶建,廖川,杨磊,熊伟
受保护的技术使用者：重庆科凯前卫电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15