功率单元、功率单元的控制方法、存储介质及高压变频器

摘要

本发明公开了一种用于高压变频器的功率单元、控制方法及高压变频器，高压变频器包括移相变压器，功率单元包括：逆变模块、回馈模块和辅助关断模块，逆变模块分别与直流母线和负载相连；回馈模块包括由晶闸管构成的三相全桥电路，三相全桥电路的交流端与移相变压器的副边绕组相连，三相全桥电路的直流端与直流母线相连；辅助关断模块连接在三相全桥电路的直流端与直流母线之间；在能量回馈时，逆变模块被控制为将负载提供的第一交流电转换为第一直流电，晶闸管被控制为导通或关断以将第一直流电转换为第二交流电提供给移相变压器，其中，通过控制辅助关断模块使得晶闸管零电流关断。该功率单元能够实现高效和低成本的能量回馈功能。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变流器技术领域，尤其涉及一种用于高压变频器的功率单元、一种功率单元的控制方法、一种计算机可读存储介质及一种高压变频器。

背景技术

目前国内市场6kV、10kV高压变频器绝大多数采用了H桥级联拓扑结构，该拓扑结构因采用了移相变压器多脉波整流技术，使得电网侧的功率因数高，电压电流谐波小，同时逆变侧采用了载波移相控制，实现了多电平输出，输出的波形正弦度好，谐波低。当高压变频器应用于矿井提升机、起重机等需要快速减速制动的位能性负载和大惯性负载工况时，还需要高压变频器能够将制动能量消耗或者回馈到电网侧。

例如，在高压变频器的每个功率单元的母线处安装制动单元和制动电阻，在制动单元工作过程中，通过制动电阻发热来实现制动能量消耗，但是电阻发热严重需要增加散热系统负荷，同时能量以热量形式浪费，故该方式仅适用于需要极短时制动且非重复制动工况。

又如，采用图1或图2所示电路进行能量回馈，其中整流器采用全控型器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)以实现能量双向流动，但是，为了降低电流脉动，IGBT一般工作在较高工作频率，增加了开关损耗以及功率器件的散热器尺寸和重量，且IGBT的成本高，增加了高压变频器的成本。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于高压变频器的功率单元，通过由晶闸管构成的三相全桥电路以及辅助关断模块的配合，实现了从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本IGBT的使用量，有效降低了功率单元的成本和功耗，从而实现了高效和低成本的能量回馈功能。

本发明的第二个目的在于提出一种功率单元的控制方法。

本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

本发明的第四个目的在于提出一种高压变频器。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种用于高压变频器的功率单元，高压变频器包括移相变压器和功率单元，功率单元包括：逆变模块、回馈模块和辅助关断模块，逆变模块分别与直流母线和负载相连；回馈模块包括由晶闸管构成的三相全桥电路，三相全桥电路的交流端与移相变压器的副边绕组相连，三相全桥电路的直流端与直流母线相连；辅助关断模块连接在三相全桥电路的直流端与直流母线之间；在能量回馈时，逆变模块被控制为将负载提供的第一交流电转换为第一直流电，晶闸管被控制为导通或关断以将第一直流电转换为第二交流电提供给移相变压器，其中，通过控制辅助关断模块使得晶闸管零电流关断。

根据本发明实施例的用于高压变频器的功率单元，在能量回馈时，通过逆变模块将负载提供的第一交流电转换为第一直流电，并通过由晶闸管构成的三相全桥电路以及在辅助关断模块的配合下将第一直流电转换为第二交流电提供给移相变压器，实现了从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本的IGBT的使用，有效降低了功率单元的成本和功耗，从而实现了高效和低成本的能量回馈功能。

根据本发明的一个实施例，三相全桥电路包括：第一至第六晶闸管，第一晶闸管、第三晶闸管和第五晶闸管的阳极相连后作为三相全桥电路的直流正端与直流母线正端相连，第二晶闸管、第四晶闸管和第六晶闸管的阴极相连后作为三相全桥电路的直流负端与直流母线负端相连，第一晶闸管的阴极与第二晶闸管的阳极相连后与副边绕组的A相相连，第三晶闸管的阴极与第四晶闸管的阳极相连后与副边绕组的B相相连，第五晶闸管的阴极与第六晶闸管的阳极相连后与副边绕组C相相连。

根据本发明的一个实施例，辅助关断模块包括可控开关，可控开关串联在三相全桥电路的直流正端与直流母线正端之间。

根据本发明的一个实施例，功率单元还包括：辅助换相模块，辅助换相模块连接在三相全桥电路的直流正端与直流负端之间，用于提供电压通路以使晶闸管反压关断。

根据本发明的一个实施例，辅助换相模块包括电阻。

根据本发明的一个实施例，回馈模块还包括：第一二极管，第一二极管的阴极与三相全桥电路的直流正端相连，第一二极管的阳极与三相全桥电路的直流负端相连。

根据本发明的一个实施例，功率单元还包括：滤波模块，滤波模块连接在可控开关与直流母线之间。

根据本发明的一个实施例，滤波模块包括：电感，电感串联在可控开关与直流母线正端之间；第二二极管，第二二极管的阳极与可控开关相连，第二二极管的阴极与直流母线正端相连。

根据本发明的一个实施例，功率单元还包括：整流模块，整流模块分别与移相变压器的副边绕组和直流母线相连；在给负载供电时，整流模块被控制为将副边绕组提供的第三交流电转换为第二直流电，并控制逆变模块将第二直流电转换为第四交流电提供给负载。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种功率单元的控制方法，应用前述的功率单元，方法包括：在进行能量回馈时，确定三相全桥电路的多个工作区和每个工作区对应的导通相；按照预设顺序控制三相全桥电路在多个工作区之间进行切换以进行能量回馈；其中，在工作区切换时，保持当前工作区对应的导通相中的一个晶闸管的门极开通电平不变，并且，先向当前工作区对应的导通相中的另一个晶闸管施加门极关断电平，并控制辅助关断模块关断以使当前工作区对应的导通相中的另一个晶闸管零电流关断，再向下一个工作区对应的导通相中的一个晶闸管施加门极开通电平，并控制辅助关断模块导通，以切换至下一个工作区。

根据本发明实施例的功率单元的控制方法，在能量回馈时，确定由晶闸管构成的三相全桥电路的多个工作区和每个工作区对应的导通相，并按照顺序控制三相全桥电路在多个工作区之间进行切换，以及在辅助关断模块的配合下将逆变模块的第一直流电转换为第二交流电提供给移相变压器，实现了从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本的IGBT的使用，有效降低了功率单元的成本和功耗，从而实现了高效和低成本的能量回馈功能。

根据本发明的一个实施例，控制方法还包括：获取辅助关断模块的工作电流；根据工作电流确定晶闸管和辅助关断模块的导通角度。

根据本发明的一个实施例，控制方法还包括：获取直流母线电压；在直流母线电压高于预设电压阈值时，控制三相全桥电路进行能量回馈；在直流母线电压不高于预设电压阈值时，控制三相全桥电路停止能量回馈。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有功率单元的控制程序，该功率单元的控制程序被处理器执行时实现前述的功率单元的控制方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过前述的功率单元的控制方法，实现了功率单元从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本的IGBT的使用，有效降低了功率单元的成本和功耗，从而实现了高效和低成本的能量回馈功能。

为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种高压变频器，包括：移相变压器，移相变压器包括一个原边绕组和多个副边绕组，原边绕组与交流电源相连；三相变频器，三相变频器中的每相均包括多个前述的用于高压变频器的功率单元，每个功率单元的输入端均与相应的副边绕组相连，多个功率单元的输出端串联后与负载相连。

根据本发明实施例的高压变频器，通过前述的功率单元和移相变压器，实现了从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本IGBT的使用量，有效降低了高压变频器的成本，从而使高压变频器具备了高效和低成本的能量回馈功能；同时基于移相变压器的多重化功能，能够保证移相变压器的原边电流的波形满足谐波要求，避免对电网造成影响。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为相关技术中具有电抗器的功率单元的电路图；

图2为相关技术中不具有电抗器的功率单元的电路图；

图3为根据本发明一个实施例的用于高压变频器的功率单元的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的用于高压变频器的功率单元的电路图；

图5为根据本发明另一个实施例的用于高压变频器的功率单元的电路图；

图6为根据本发明一个实施例的回馈模块的工作状态分区示意图；

图7为根据本发明一个实施例的晶闸管和可控开关的控制电平示意图；

图8为根据本发明一个实施例的三相全桥电路在各个工作区的电流示意图；

图9为根据本发明一个实施例的功率单元的控制方法的流程图；

图10为根据本发明一个实施例的高频变压器的结构示意图。

具体实施方式

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。

下面参考附图描述本发明实施例提出的用于高压变频器的功率单元、功率单元的控制方法、计算机可读存储介质及高压变频器。

图3为根据本发明一个实施例的用于高压变频器的功率单元的结构示意图。

参考图3所示，高压变频器包括移相变压器100和功率单元200，功率单元200包括：逆变模块210、回馈模块220和辅助关断模块230。

其中，逆变模块210分别与直流母线和负载相连；回馈模块220包括由晶闸管构成的三相全桥电路221，三相全桥电路221的交流端与移相变压器100的副边绕组相连，三相全桥电路221的直流端与直流母线相连；辅助关断模块230连接在三相全桥电路221的直流端与直流母线之间；在能量回馈时，逆变模块210被控制为将负载提供的第一交流电转换为第一直流电，回馈模块220的晶闸管被控制为导通或关断以将第一直流电转换为第二交流电提供给移相变压器100，其中，通过控制辅助关断模块230使得晶闸管零电流关断。

需要说明的是，直流母线正端(+)与直流母线负端(-)之间设置有直流支撑电容模块，该模块可由单个母线电容EC构成，也可由多个母线电容EC构成，具体这里不做限制，通过该直流支撑电容模块对直流电压进行滤波以获得稳定的直流电压。

逆变模块210具有双向换流功能，以在能量回馈时，将负载提供的第一交流电转换为第一直流电并输出至直流母线。例如，当高压变频器的负载为电机时，当电机制动并产生制动能量时，电机输出第一交流电，逆变模块210将该第一交流电转换为第一直流电并输出至直流母线。逆变模块210可由IGBT等全控型元器件构成。

回馈模块220包括由晶闸管构成的三相全桥电路221，由于晶闸管为半控型元器件，无法通过门极电平控制其关断，因此功率单元200还设置有辅助关断模块230，通过辅助关断模块230实现晶闸管的零电流关断，保证晶闸管能够可靠关断，使得晶闸管具备了全控型元器件的特性，从而通过控制晶闸管的导通或关断能够实现将第一直流电逆变为第二交流电并提供给移相变压器100，实现负载到移相变压器的能量回馈。同时，由于晶闸管相较于IGBT，成本和功耗均较低，因而能够有效降低高压变频器的成本和功耗。

上述实施例中，通过由晶闸管构成的三相全桥电路以及辅助关断模块的配合，实现了从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本IGBT的使用量，有效降低了功率单元的成本和功耗，从而实现了高效和低成本的能量回馈功能。

在一些实施例中，参考图4所示，三相全桥电路221包括：第一至第六晶闸管VT1-VT6，第一晶闸管VT1、第三晶闸管VT3和第五晶闸管VT5的阳极相连后作为三相全桥电路221的直流正端与直流母线正端(+)相连，第二晶闸管VT2、第四晶闸管VT4和第六晶闸管VT6的阴极相连后作为三相全桥电路221的直流负端与直流母线负端(-)相连，第一晶闸管VT1的阴极与第二晶闸管VT2的阳极相连，构成三相全桥电路221的A相桥臂，且连接点与移相变压器100的副边绕组的A相相连，第三晶闸管VT3的阴极与第四晶闸管VT4的阳极相连，构成三相全桥电路221的B相桥臂，且连接点与移相变压器100的副边绕组的B相相连，第五晶闸管VT5的阴极与第六晶闸管VT6的阳极相连，构成三相全桥电路221的C相桥臂，且连接点与移相变压器100的副边绕组C相相连。

进一步的，辅助关断模块230可包括可控开关Sa，可控开关Sa串联在三相全桥电路221的直流正端与直流母线正端(+)之间。可选的，可控开关Sa为IGBT等全控型元器件，以IGBT为例，IGBT的发射极与三相全桥电路221的直流正端相连，IGBT的集电极与直流母线正端(+)相连，通过控制IGBT实现晶闸管的零电流关断。

在进行能量回馈时，三相全桥电路221包括六种回馈子状态，分别为：第一晶闸管VT1和第四晶闸管VT4导通、第一晶闸管VT1和第六晶闸管VT6导通、第三晶闸管VT3和第二晶闸管VT2导通、第三晶闸管VT3和第六晶闸管VT6导通、第五晶闸管VT5和第二晶闸管VT2导通、第五晶闸管VT5和第四晶闸管VT4导通，通过控制相应的晶闸管在这六种回馈子状态之间切换，可使三相全桥电路221将第一直流电逆变为第二交流电。

具体来说，可基于相电压关系确定三相全桥电路221的工作区。参考图6所示，以A相电压Ua为例，可基于A相电压角度进行工作区划分，例如，设定电压角度为0°时，A相电压值为0；电压角度为90°时，A相电压值为正峰值；电压角度为180°时，A相电压值为0；电压角度为270°时，A相电压值为负峰值，那么可确定三相全桥电路221的工作区为：电压角度为30°～90°，对应工作区为1区；电压角度为90°～150°，对应工作区为2区；电压角度为150°～210°，对应工作区为3区；电压角度为210°～270°，对应工作区为4区；电压角度为270°～330°，对应工作区为5区；电压角度为330°～360°和0°～30°，对应工作区为6区，共计六个工作区，且六个工作区与前述的六种回馈子状态一一对应。

需要说明的是，在进行能量回馈之前，可获取直流母线电压Udc(即母线电容EC两端的电压)，根据直流母线电压Udc确定是否进行能量回馈。例如，当直流母线电压Udc高于预设电压阈值时，启动回馈命令以进行能量回馈，否则不进行能量回馈。也就是说，当负载产生的能量足够多时，进行能量回馈，否则不进行能量回馈。

在进行能量回馈时，根据移相变压器100的副边绕组电压相位关系确定三相全桥电路221的工作区，进而确定三相全桥电路221的回馈子状态也即需要导通的晶闸管，以进行导通控制。参考图7所示，确定三相全桥电路221的工作区为1区时，控制第一晶闸管VT1和第四晶闸管VT4导通，其余晶闸管关断，同时控制可控开关Sa导通；确定工作区为2区时，控制第一晶闸管VT1和第六晶闸管VT6导通，其余晶闸管关断，同时控制可控开关Sa导通；确定工作区为3区时，控制第三晶闸管VT3和第六晶闸管VT6导通，其余晶闸管关断，同时控制可控开关Sa导通；确定工作区为4区时，控制第三晶闸管VT3和第二晶闸管VT2导通，其余晶闸管关断，同时控制可控开关Sa导通；确定工作区为5区时，控制第五晶闸管VT5和第二晶闸管VT2导通，其余晶闸管关断，同时控制可控开关Sa导通；确定工作区为6区时，控制第五晶闸管VT5和第四晶闸管VT4导通，其余晶闸管关断，同时控制可控开关Sa导通。其中，可控开关Sa导通可使三相全桥电路221与直流母线形成通路，以将直流母线的第一直流电输入至三相全桥电路221，以进行直流电到交流电的转换。

需要说明的是，在进行能量回馈时，还存在工作区之间的切换，从图7可以看出，在工作区切换时，需要先控制当前工作区对应的一个晶闸管关断，再控制下一工作区对应的晶闸管导通，其中，在控制当前工作区对应的一个晶闸管关断时，在向该晶闸管的门极施加门极关断电平时，还控制可控开关Sa关断，该晶闸管的电流为零，从而实现晶闸管的零电流关断。举例来说，在由1区切换至2区时，需要先控制第四晶闸管VT4关断，再控制第六晶闸管VT6导通，在控制第四晶闸管VT4关断时，向第四晶闸管VT4的门极施加门极关断电平，并控制可控开关Sa关断，以使第四晶闸管VT4的电流为零，从而实现第四晶闸管VT4的零电流关断，进而完成工作区的切换。

另外，需要说明的是，在进行能量回馈过程中，还获取直流母线电压Udc，若直流母线电压Udc高于预设电压阈值，则继续进行能量回馈，否则停止进行能量回馈。在停止进行能量回馈时，第一晶闸管VT1至第六晶闸管VT6以及可控开关Sa均关断。

下面结合图7-图8来进一步说明三相全桥电路221的工作过程：

当三相全桥电路221由1区切换到2区时，第一晶闸管VT1的门极保持门极开通电平，第四晶闸管VT4的门极变为门极关断电平，可控开关Sa关断，此时第一晶闸管VT1和第四晶闸管VT4所在回路电流为零，第一晶闸管VT1和第四晶闸管VT4均关断。

当三相全桥电路221进入2区时，第一晶闸管VT1的门极保持门极开通电平，第六晶闸管VT6的门极由门极关断电平切换至门极开通电平，可控开关Sa导通，此时母线电流If经直流母线正端(+)、可控开关Sa、第一晶闸管VT1、移相变压器100的副边绕组的A相和C相、第六晶闸管VT6流入直流母线负端(-)。移相变压器100的副边绕组的A相电流与电流If方向相反，移相变压器100的副边绕组的C相电流与电流If方向相同。

当三相全桥电路221由2区切换到3区时，第六晶闸管VT6的门极保持门极开通电平，第一晶闸管VT1的门极变为门极关断电平，可控开关Sa关断，此时第六晶闸管VT6和第一晶闸管VT1所在回路电流为零，第六晶闸管VT6和第一晶闸管VT1均关断。

当三相全桥电路221进入3区时，第六晶闸管VT6的门极保持门极开通电平，第三晶闸管VT3的门极由门极关断电平切换至门极开通电平，可控开关Sa导通，此时母线电流If经直流母线正端(+)、可控开关Sa、第三晶闸管VT3、移相变压器100的副边绕组的B相和C相、第六晶闸管VT6流入直流母线负端(-)。移相变压器100的副边绕组的B相电流与电流If方向相反，移相变压器100的副边绕组的C相电流与电流If方向相同。

当三相全桥电路221由3区切换到4区时，第三晶闸管VT3的门极保持门极开通电平，第六晶闸管VT6的门极变为门极关断电平，可控开关Sa关断，此时第三晶闸管VT3和第六晶闸管VT6所在回路电流为零，第三晶闸管VT3和第六晶闸管VT6均关断。

当三相全桥电路221进入4区时，第三晶闸管VT3的门极保持门极开通电平，第二晶闸管VT2的门极由门极关断电平切换至门极开通电平，可控开关Sa导通，此时母线电流If经直流母线正端(+)、可控开关Sa、第三晶闸管VT3、移相变压器100的副边绕组的B相和A相、第二晶闸管VT2流入直流母线负端(-)。移相变压器100的副边绕组的B相电流与电流If方向相反，移相变压器100的副边绕组的A相电流与电流If方向相同。

当三相全桥电路221由4区切换到5区时，第二晶闸管VT2的门极保持门极开通电平，第三晶闸管VT3的门极变为门极关断电平，可控开关Sa关断，此时第二晶闸管VT2和第三晶闸管VT3所在回路电流为零，第二晶闸管VT2和第三晶闸管VT3均关断。

当三相全桥电路221进入5区时，第二晶闸管VT2的门极保持门极开通电平，第五晶闸管VT5的门极由门极关断电平切换至门极开通电平，可控开关Sa导通，此时母线电流If经直流母线正端(+)、可控开关Sa、第五晶闸管VT5、移相变压器100的副边绕组的C相和A相、第二晶闸管VT2流入直流母线负端(-)。移相变压器100的副边绕组的C相电流与电流If方向相反，移相变压器100的副边绕组的A相电流与电流If方向相同。

当三相全桥电路221由5切换到6区时，第五晶闸管VT5的门极保持门极开通电平，第二晶闸管VT2的门极变为门极关断电平，可控开关Sa关断，此时第五晶闸管VT5和第二晶闸管VT2所在回路电流为零，第五晶闸管VT5和第二晶闸管VT2均关断。

当三相全桥电路221进入6区时，第五晶闸管VT5的门极保持门极开通电平，第四晶闸管VT4的门极由门极关断电平切换至门极开通电平，可控开关Sa导通，此时母线电流If经直流母线正端(+)、可控开关Sa、第五晶闸管VT5、移相变压器的副边绕组的C相和B相、第四晶闸管VT4流入直流母线正端(-)。移相变压器100的副边绕组的C相电流与电流If方向相反，移相变压器100的副边绕组的B相电流与电流If方向相同。

当三相全桥电路221由6区切换到1区时，第四晶闸管VT4的门极保持门极开通电平，第五晶闸管VT5的门极变为门极关断电平，可控开关Sa关断，此时第四晶闸管VT4和第五晶闸管VT5所在回路电流为零，第四晶闸管VT4和第五晶闸管VT5均关断。

当三相全桥电路221进入1区时，第四晶闸管VT4的门极保持门极开通电平，第一晶闸管VT1的门极由门极关断电平切换至门极开通电平，可控开关Sa导通，此时母线电流If经直流母线正端(+)、可控开关Sa、第一晶闸管VT1、移相变压器100的副边绕组的A相和B相、第四晶闸管VT4流入直流母线负端(-)。移相变压器100的副边绕组的A相电流与电流If方向相反，移相变压器100的副边绕组的B相电流与电流If方向相同。

重复上述过程，以将第一直流电转换为第二交流电提供给移相变压器100，直至停止进行能量回馈。停止后，控制第一晶闸管VT1至第六晶闸管VT6、以及可控开关Sa均关闭。

需要说明的是，在进行能量回馈时，还可以获取可控开关Sa的工作电流(即流过其的电流，也即前述的母线电流If)，根据其工作电流确定晶闸管和自身的导通角度，以进行开通角度控制，从而实现三相全桥电路221的电流闭环控制。

上述实施例中，通过由晶闸管构成的三相全桥电路和可控开关，配合相应的控制逻辑，能够将第一直流电转换为第二交流电并输出至移相变压器，从而实现了能量从负载端到移相变压器的回馈；同时，根据直流母线电压可确定是否需要进行能量回馈，以及根据可控开关的工作电流可实现电流闭环控制。

在一些实施例中，参考图5所示，功率单元200还包括：辅助换相模块240，辅助换相模块240连接在三相全桥电路221的直流正端与直流负端之间，用于提供电压通路以使晶闸管反压关断。可选的，辅助换相模块240包括电阻R。

具体来说，参考图5、图7-图8，当三相全桥电路221由1区切换至2区时，第一晶闸管VT1的门极保持门极开通电平，第四晶闸管VT4的门极变为门极关断电平，可控开关Sa关断，此时移相变压器的副边绕组的A相与B相之间的电压Uab＞0，三相全桥电路221形成从移相变压器110的副边绕组的A相、第一晶闸管VT1、电阻R、第四晶闸管VT4至移相变压器100的副边绕组的B相的电压通路，第一晶闸管VT1和第四晶闸管VT4经电阻R承受反向电压，第一晶闸管VT1和第四晶闸管VT4关断。由此，在可控开关Sa和辅助换相模块240如电阻R的相互配合下，可实现晶闸管的零电流反压关断，以实现晶闸管的可靠关断，避免可能出现的晶闸管误导通现象，有效提升了三相全桥电路221的安全可靠性。

需要说明的是，对于其它工作区的切换，可参考1区至2区的切换，这里不再赘述。

进一步的，继续参考图5所示，回馈模块220还可包括：第一二极管D1，第一二极管D1的阴极与三相全桥电路221的直流正端相连，第一二极管D1的阳极与三相全桥电路221的直流负端相连，用于给移相变压器100的副边绕组的漏感提供续流回路。

具体来说，在不同的工作区进行切换时，当可控开关Sa关断时，由于移相变压器100的副边绕组存在漏感，因此在三相全桥电路221的正负端之间接入第一二极管D1，通过第一二极管D1提供电流通道，以实现漏感电流续流的功能。具体来说，当可控开关Sa关断时，因移相变压器100的副边绕组存在漏感，电流不能突变，第一二极管D1为开通的晶闸管和移相变压器100的副边绕组提供续流通道，直至电流降低至0。当晶闸管的电流降低至0时，由电阻R提供电压通道，晶闸管承受反压后关断，可进一步实现可靠地关断。

进一步的，以三相全桥电路221由1区切换至2区为例。当三相全桥电路221由1区切换至2区时，第一晶闸管VT1的门极保持门极开通电平，第四晶闸管VT4的门极变为门极关断电平，可控开关Sa关断，由于移相变压器100的副边绕组漏感存在，电流不能突变，此时电流经第一二极管D1续流并降低。当电流降低至0时，电阻R提供电压通道，由于移相变压器的副边绕组的A相与B相之间的电压Uab＞0，因此第一晶闸管VT1和第四晶闸管VT4经电阻R承受反向电压，第一晶闸管VT1和第四晶闸管VT4承受反压关断。由此，实现了第四晶闸管的零电流关断以及零电压关断，提高了晶闸管关断的可靠性。

需要说明的是，对于其它工作区的切换，可参考1区至2区的切换，这里不再赘述。

在一些实施例中，参考图5所示，功率单元200还包括：滤波模块250，滤波模块250连接在可控开关Sa与直流母线之间，用于对第一直流电进行滤波处理。

需要说明的是，相关技术中为了能够实现能量回馈，如图1所示，整流器采用IGBT，并在整流器的三相桥臂与移相变压器的副边抽头之间连接电抗器，以构成三相可逆整流电路。在能量回馈时，通过控制整流器的桥臂输出电压与变压器电压压差，即电抗器两端的电压，实现能量双向流动，其中，通过电抗器来抑制电流脉动，电抗器越大，电流脉动越小，需要的直流电压与变压器电压压差越大。但是，受母线电容和功率器件耐压值影响，只能降低变压器的额定电压，造成同等容量的变压器的副边额定电流变大，增加了变压器损耗，同时由于增加了电抗器，导致设备体积和重量均增加；或者，通过增加功率单元级数来降低工作电压，但是这会增加更多的电抗器，同样会增加设备体积和重量。

为了减少电抗器的使用量，如图2所示，直接利用移相变压器的副边绕组进行限流。但是，为了避免电流超过IGBT的额定耐受电流导致故障发生，需要适当增加变压器原边、副边漏感，这又导致绕组匝数增多，或者原副边气隙增大，降低变压器效率。

而在本发明的实施例中，通过由晶闸管构成的三相全桥电路221，以及在辅助关断模块230或者辅助关断模块230和辅助换相模块240的配合下，即可实现能量的回馈，减少了IGBT以及电抗器的使用量，同时可在直流侧设置滤波模块250，通过滤波模块250抑制直流电流的脉动，以减少回馈电流对功率器件的冲击。

进一步的，滤波模块250包括：电感L和第二二极管D2，其中，电感L串联在可控开关Sa与直流母线正端(+)之间，用于对第一直流电进行滤波处理，第二二极管D2的阳极与可控开关Sa相连，第二二极管D2的阴极与直流母线正端(+)相连，用于给电感L提供续流回路。具体来说，在可控开关Sa导通时，由电感L抑制直流电流的脉动，即利用直流侧电抗器进行电流抑制，减少回馈电流对功率器件的冲击，而在可控开关Sa关断时，由第二二极管D2为电感L提供续流通道，以实现电流续流的功能。

在一些实施例中，参考图5所示，功率单元200还包括：整流模块260，整流模块260分别与移相变压器100的副边绕组和直流母线相连；在给负载供电时，整流模块260被控制为将副边绕组提供的第三交流电转换为第二直流电，并控制逆变模块210将第二直流电转换为第四交流电提供给负载。进一步的，整流模块260为三相不可控整流模块。

具体来说，由于回馈模块220采用由晶闸管构成的三相全桥电路221进行能量回馈，因此整流模块260可采用由六个二极管构成的三相不可控整流模块，在由高压变频器给负载供电时，整流模块260将移相变压器100的副边绕组提供的第三交流电转换为第二直流电并输出至直流母线，逆变模块210工作于逆变状态，以将第二直流电转换为第四交流电提供给负载，从而实现了电能从移相变压器传输至负载端的功能，同时减少了高成本IGBT的使用量，有效降低了功率单元的成本和功耗，从而实现了高效和低成本的能量回馈功能。

需要说明的是，可采用脉冲宽度调制技术对逆变模块210进行控制，以调节对负载的输出电压波形，实现电能从移相变压器至负载的输出，另外也可以基于脉冲宽度调制技术实现电能从负载向移相变压器的输出，以能量的双向传输。

综上所述，根据本发明实施例的用于高压变频器的功率单元，通过控制三相全桥电路中的晶闸管导通换相，以及通过控制辅助关断模块使晶闸管零电流关断，或者通过控制辅助关断模块和辅助换相模块使晶闸管零电流反压关断，使三相全桥电路在需要能量回馈时将逆变模块输出的直流电转换为交流电并提供给移相变压器的副边绕组，从而实现了能量的回馈；同时，由于移相变压器的电流多重化，具备降低变压器的原边电流谐波的有利条件，利用直流侧的滤波模块进行电流抑制，将单个移相变压器的副边绕组电流控制为自然整流波形，通过移相变压器的电流多重化后，可保证移相变压器的原边电流波形满足谐波要求，从而避免谐波产生对电网造成影响。整个功率单元的IGBT和电抗器使用量少，有效降低了高压变频器的成本，使得高压变频器具备了高效和低成本的能量回馈功能。

对应上述实施例提供的用于高压变频器的功率单元，本发明的实施例还提供了一种功率单元的控制方法。

图9为根据本发明一个实施例的功率单元的控制方法的流程图，应用前述的功率单元，参考图9所示，该功率单元的控制方法包括：

步骤S1，在进行能量回馈时，确定三相全桥电路的多个工作区和每个工作区对应的导通相。需要说明的是，这里的导通相与前述的回馈子状态一一对应，回馈子状态与工作区一一对应，因此基于工作区即可得到对应的导通相。

步骤S2，按照预设顺序控制三相全桥电路在多个工作区之间进行切换以进行能量回馈，其中，在工作区切换时，保持当前工作区对应的导通相中的一个晶闸管的门极开通电平不变，并且，先向当前工作区对应的导通相中的另一个晶闸管施加门极关断电平，并控制辅助关断模块关断以使当前工作区对应的导通相中的另一个晶闸管零电流关断，再向下一个工作区对应的导通相中的一个晶闸管施加门极开通电平，并控制辅助关断模块导通，以切换至下一个工作区。

在一些实施例中，功率单元的控制方法还包括：获取辅助关断模块的工作电流；根据工作电流确定晶闸管和辅助关断模块的导通角度。

在一些实施例中，功率单元的控制方法还包括：获取直流母线电压；在直流母线电压高于预设电压阈值时，控制三相全桥电路进行能量回馈；在直流母线电压不高于预设电压阈值时，控制三相全桥电路停止能量回馈。

需要说明的是，关于本申请中功率单元的控制方法未披露的细节，请参考本申请中关于用于高压变频器的功率单元所披露的细节，具体这里不作赘述。

根据本发明实施例的功率单元的控制方法，在能量回馈时，确定由晶闸管构成的三相全桥电路的多个工作区和每个工作区对应的导通相，并按照顺序控制三相全桥电路在多个工作区之间进行切换，以及在辅助关断模块的配合下将逆变模块的第一直流电转换为第二交流电提供给移相变压器，实现了从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本的IGBT的使用，有效降低了功率单元的成本和功耗，从而实现了高效和低成本的能量回馈功能。

另外，本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有功率单元的控制程序，该功率单元的控制程序被处理器执行时实现根据前述的功率单元的控制方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过前述的功率单元的控制方法，实现了功率单元从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本的IGBT的使用，有效降低了功率单元的成本和功耗，从而实现了高效和低成本的能量回馈功能。

此外，本发明的实施例还提供了一种高压变频器。

图10为根据本发明一个实施例的高压变频器的结构示意图，参考图10所示，该高频变压器10000包括：移相变压器100和三相变频器1000。

其中，移相变压器100包括一个原边绕组和多个副边绕组，原边绕组与交流电源AC相连；三相变频器1000中的每相均包括多个前述的用于高压变频器的功率单元，每个功率单元的输入端均与相应的副边绕组相连，多个功率单元的输出端串联后与负载相连。

例如，A相包括A1、A2、A3、A4、A5共五个功率单元，每个功率单元的输入端均与相应的副边绕组相连，五个功率单元的输出端串联后与电机M的A相相连；B相包括B1、B2、B3、B4、B5共五个功率单元，每个功率单元的输入端均与相应的副边绕组相连，五个功率单元的输出端串联后与电机M的B相相连；C相包括C1、C2、C3、C4、C5共五个功率单元，每个功率单元的输入端均与相应的副边绕组相连，五个功率单元的输出端串联后与电机M的C相相连。需要说明的，这里仅是示例性说明，并不作为对本申请的限制。

根据本发明实施例的高压变频器，通过前述的功率单元和移相变压器，实现了从负载端到移相变压器的能量回馈，减少了高成本IGBT的使用量，有效降低了高压变频器的成本，从而使高压变频器具备了高效和低成本的能量回馈功能；同时基于移相变压器的多重化功能，能够保证移相变压器的原边电流的波形满足谐波要求，避免对电网造成影响。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。