一种斩波式软开关IGCT功率模块及其运行方法与流程

本发明涉及直流输电，尤其涉及一种斩波式软开关igct功率模块及其运行方法。

背景技术：

1、柔性直流输电换流技术是我国新型电力系统转型的核心支撑，模块化多电平换流器（mmc）因电压扩展性强、输出波形质量好、功率输出能力突出，成为主流技术路线。mmc由大量功率模块串联构成桥臂，模块近工频投切特性导致通态损耗占比高，成为制约换流效率的关键。集成门极换流晶闸管（igct）具备高阻断电压、强通流能力与低通态压降，在柔性直流换流器中应用优势显著。

2、当前柔性直流换流器功率模块多采用硬开关运行模式，开关损耗大且器件电气应力高。在长期运行下，硬开关 igct 持续处于硬性通断状态，开关损耗不断累积。配套的阳极电抗器与 rcd 吸收电路会持续产生附加损耗，长期拉低电能变换效率。负载电流波动及长时间大电流工作时，器件关断损耗稳步增加，结温居高不下且难以散热缓释，长期高温易加速器件老化。同时频繁产生电压电流尖峰应力，持续损耗器件本体，大幅缩减使用寿命，设备长期运行稳定性与过载耐久性能不足。

技术实现思路

1、本发明提供了一种斩波式软开关igct功率模块及其运行方法，以解决现有技术中器件长期处于硬开关状态时，过载工况下损耗激增易引发热崩溃，使得损耗控制与过载耐受能力存在明显缺陷的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种斩波式软开关igct功率模块，包括：开关电路、第一半桥开关器件和第二半桥开关器件；

3、所述第一半桥开关器件和第二半桥开关器件串联，所述开关电路与所述第一半桥开关器件和第二半桥开关器件串联形成的支路并联；

4、所述第二半桥开关器件的两端分别作为斩波式软开关igct功率模块的输入端和输出端。

5、作为优选方案，所述开关电路包括：第一辅助开关器、第二辅助开关器和开关电容；

6、所述第一辅助开关器的发射极与所述开关电容的正极端连接，所述第二辅助开关器的发射极与所述开关电容的负极端连接，所述第一辅助开关器的集电极与第二辅助开关器的集电极均与所述第一半桥开关器件连接；

7、所述第二辅助开关器的发射极还与所述第二半桥开关器件连接。

8、作为优选方案，还包括：阳极电抗；

9、所述阳极电抗与所述第一半桥开关器件和所述第一辅助开关器的集电极连接。

10、作为优选方案，所述第一半桥开关器件包括：第一换流晶闸管和第一续流二极管；

11、所述第一换流晶闸管的阳极与所述第一续流二极管的阴极连接，所述第一换流晶闸管的阴极与所述第一续流二极管的阳极连接；

12、所述第一换流晶闸管的阳极和所述第一续流二极管的阴极均与所述阳极电抗连接；

13、所述第一换流晶闸管的阴极和所述第一续流二极管的阳极均与所述第二半桥开关器件连接。

14、作为优选方案，所述第二半桥开关器件包括：第二换流晶闸管和第二续流二极管；

15、所述第二换流晶闸管的阳极与所述第二续流二极管的阴极连接，所述第二换流晶闸管的阴极与所述第二续流二极管的阳极连接；

16、所述第二换流晶闸管的阳极和所述第二续流二极管的阴极均与所述第一半桥开关器件连接；

17、所述第二换流晶闸管的阴极和所述第二续流二极管的阳极均与所述第二辅助开关器的发射极连接。

18、作为优选方案，还包括：第一缓冲支路和第二缓冲支路；

19、所述第一缓冲支路的一端接入所述第一换流晶闸管的阳极与所述第一续流二极管的阴极，所述第一缓冲支路的另一端接入所述第一换流晶闸管的阴极与所述第一续流二极管的阳极；

20、所述第二缓冲支路的一端接入所述第二换流晶闸管的阳极与所述第二续流二极管的阴极，所述第二缓冲支路的另一端接入所述第二换流晶闸管的阴极与所述第二续流二极管的阳极。

21、作为优选方案，所述第一缓冲支路包括：第一缓冲电阻和第一缓冲电容；所述第一缓冲电阻和第一缓冲电容之间串联；

22、所述第一缓冲电阻的一端与所述第一换流晶闸管的阳极和所述第一续流二极管的阴极连接；

23、所述第一缓冲电容的一端与所述第一换流晶闸管的阴极和所述第一续流二极管的阳极连接。

24、作为优选方案，所述第二缓冲支路包括：第二缓冲电阻和第二缓冲电容；所述第二缓冲电阻和第二缓冲电容之间串联；

25、所述第二缓冲电阻的一端与所述第二换流晶闸管的阳极和所述第二续流二极管的阴极连接；

26、所述第二缓冲电容的一端与所述第二换流晶闸管的阴极和所述第二续流二极管的阳极连接。

27、相应地，本发明还提供一种斩波式软开关igct功率模块的运行方法，由上述任意一项所述的斩波式软开关igct功率模块实现，包括：

28、在稳态运行过程中，控制所述第一辅助开关器保持导通状态以及控制第二辅助开关器关闭；

29、当发生换流行为时，控制所述开关电路的第一辅助开关器和第二辅助开关器根据预设频率进行交替导通与关闭，调整所述第一辅助开关器和第一辅助开关器的占空比以降低等效输出电压；

30、在换流过程中，控制所述第一辅助开关器关闭以及控制第二辅助开关器导通，直至第一半桥开关器件或第二半桥开关器件关断以降低阻断输出电压和尖峰电流。

31、作为优选方案，本发明还包括：

32、在第一半桥开关器件或第二半桥开关器件关断之后，控制所述第二辅助开关器保持导通，以构建斩波式软开关igct功率模块的零点压阶段。

33、作为优选方案，在所述控制所述开关电路的第一辅助开关器和第二辅助开关器根据预设频率进行交替导通与关闭之前，还包括：

34、控制所述开关电路的第一辅助开关器关闭，并控制第二辅助开关器导通，以启动斩波式软开关igct功率模块的等效双向buck电路。

35、作为优选方案，本发明还包括：

36、在换流结束后，控制所述开关电路的第一辅助开关器和第一辅助开关器均保持关闭状态，以使斩波式软开关igct功率模块的等效双向buck电路停止工作。

37、相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

38、本发明的技术方案通过第一半桥开关器件和第二半桥开关器件串联，开关电路与第一半桥开关器件和第二半桥开关器件串联形成的支路并联，以及第二半桥开关器件的两端分别作为斩波式软开关igct功率模块的输入端和输出端，从而构成具备直流故障清除能力的低损耗igct功率模块，实现了igct器件的近零电压开关，降低了主回路器件的开关损耗，提升过载能力，通过控制开关电路进而能够构成等效buck电路，并进行占空比调节提前压低器件阻断电压，可控约束换流电流变化率，实现igct与二极管低应力软关断，有效削减长期累积的开关损耗，规避传统硬开关配套电抗、吸收电路带来的额外功耗，同时削弱电压电流尖峰反复冲击，减缓器件老化速度，抑制大电流工况下结温异常升高问题，全面提高了设备长时间运行的效率与抗过载稳定性。