一种三电平逆变器的直流电容容量获取方法技术

本发明专利技术公开了一种三电平逆变器的直流电容容量获取方法，首先根据三电平逆变器的设计要求得到三电平逆变器直流侧和交流侧电压范围；再通过计算得到调制比的范围；然后根据功率因数角的范围，计算出一个基波周期内直流侧电容的电流纹波因数的最大值；之后结合交流相电流的有效值计算得出目标电容最大电流纹波，求其与额定电流纹波的比值得到需要并联的电容数量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，更为具体地讲，设及一种=电平逆变器的直流电 容容量获取方法。
技术介绍
S相电压型P歷变流器因具有功率因数高，动态响应好，且能量能双向流动等优 点，被广泛应用于并网发电、电机驱动和蓄电池充放电控制等领域。按照开关管的组合方 式，主要可分为两类:T型=电平=相电压型变流器及1型=电平=相电压型变流器，它们的 主电路分别如图1、图2所示。同传统的两电平变流器相比较，=电平变流器在大功率的应用 场景中优势十分明显：（1)开关器件上承受的电压只有直流侧电压的一半，使得=电平变流 器的额定功率比两电平的要高出一倍；（2)输出侧的电压谐波含量更低，使得=电平变流器 的滤波器的体积、造价、重量等相对两电平来说，要小得多。所W，近年来=电平变流器得到 了的广泛关注，应用前景相当广。 研究学者们对=电平变流器进行了广泛的研究，包括控制环路设计，中性点平衡， PWM调制算法的设计，=电平变流器的滤波器参数优化设计等等。其中对于=电平变流器的 主电路参数的设计的研究，主要是针对变流器的交流侧的滤波器参数，同时对变流器直流 侧的电容参数的设计有一些基本的方法，但是并没有形成一套较为完备的算法。直流侧电 容能缓冲交流侧与直流负载直接的能量交换，稳定直流侧电压;还能抑制直流侧谐波电压。 所W=电平变流器的直流侧电容的参数设计也是很重要的。 变流器直流侧电容的寿命通常是影响功率模件寿命的主要因素，其选择的关键参 数是其纹波耐受能力。=电平变流器在不同工况下直流电流纹波的大小是选择电容类型、 材质和串并联个数的重要依据，因此，=电平变流器的直流侧电容的电流纹波和容量的定 量计算显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种=电平逆变器的直流电容容 量获取方法，可W快速确出=电平变流器中直流电容的类型、材质和容量。 为实现上述专利技术目的，本专利技术=电平逆变器的直流电容容量获取方法，其特征在 于，包括W下步骤： (1 )、确定S电平逆变器的调制比M的范围； (1.1)、根据实际情况确定=电平逆变器的直流侧和交流侧的电压范围； (1.2 )、根据直流侧和交流侧的电压范围计算出调制比M的范围；[00川其中，Um为交流侧电相电压的幅值，Udc为直流侧母线电压； (2)、确定直流电容纹波因数K的最大值； (2.1)、根据实际情况确定功率因素角0 ; (2.2)、结合步骤(1.2)中的调制比M的范围，根据W下公式计算直流电容纹波因数 K的最大值 其中，Ip-ave表示直流侧电流平均值，Ip-rms表示直流侧电流有效值，Irms表示交流侧 相电流有效值，A、B为常系数； (3)、确定直流电流纹波ic-rms (3.1)、根据实际情况确定交流相电流irms的有效值； (3.2)、结合步骤(2.2)中的直流电容纹波因数K的最大值，根据W下公式计算出直 流电流纹波ic-rms ; ic-rms = Kirms (4)、根据电容的参数手册，确定直流电容在指定开关频率处的最大电流纹波ia; (5)、根据步骤(3.2)中的直流电流纹波ic-rmsW及步骤(4)中的直流电容最大电流 纹波icr，确定出正母线上并联电容数目N，其公式如下： 若N不是整数，则向正无穷取整，再根据正母线和负母线电容的对称性，从而得到 直流电容的数目； (6)、结合步骤(5)中直流电容数目，根据并联电容容量计算方法，可W获取到直流 电容的容量。 本专利技术的专利技术目的是运样实现的： 本专利技术一种=电平逆变器的直流电容容量获取方法，首先根据=电平逆变器的设 计要求得到=电平逆变器直流侧和交流侧电压范围；再通过计算得到调制比的范围；然后 根据功率因数角的范围，计算出一个基波周期内直流侧电容的电流纹波因数的最大值;之 后结合交流相电流的有效值计算得出目标电容最大电流纹波，求其与额定电流纹波的比值 得到需要并联的电容数量。 同时，本专利技术一种=电平逆变器的直流电容容量获取方法还具有W下有益效果： (I)、首次给出了关于=电平逆变器直流电容容量的定量计算公式； (2)、使用=电平逆变器直流电容容量的定量计算公式可W方便快捷的进行逆变 器的设计和建模。【附图说明】 图1是T型S电平S相电压型变流器主电路图； 图2是1型S电平S相电压型变流器主电路图； 图3是本专利技术=电平逆变器的直流电容容量获取方法流程图； 图4是K在调制比M和功率因素角0联合变化时的趋势图； 图5是K在调制比M和功率因素角巧独立变化时的趋势图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行描述，W便本领域的技术人员更好地 理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在W下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本专利技术的主要内容时，运些描述在运里将被忽略。 实施例 图3是本专利技术=电平逆变器的直流电容容量获取方法流程图。 在本实施例中，如图3所示，本专利技术一种=电平逆变器的直流电容容量获取方法， 主要包括W下五个步骤： Tl、确定S电平逆变器的调制比M的范围； T2、确定直流电容纹波因数K的最大值； T3、确定直流电流纹波ic-rms;[004引T4、根据目标电容的参数手册，确定出直流电容在指定开关频率处的最大纹波电 流； T5、确定并联电容的数目及容量； 下面分别对上述五个步骤作详细说明：[004引Tl、确定S电平逆变器的调制比M的范围 Tl. 1)、确定S电平逆变器的直流侧和交流侧的电压范围； 本实施例中使用的S电平逆变器的直流侧和交流侧的电压范围分别UdcE ，Ux(x = a，b，c):220V±10%。 Tl. 2)、根据直流侧和交流侧的电压范围计算出调制比M的范围； 其中，Um为交流侧电相电压的幅值，Udc为直流侧母线电压;通过公式计算出调制比 M的范围是[0.6,0.9引。 T2、确定直流电容纹波因数K的最大值[005引 T2.1)、在本实施例中，取功率因素角與的余弦值COS0 = I ; T2.2)、结合Tl.2)中的调制比M的范围，计算直流电容纹波因数K的最大值 其中，Ip-ave表示直流侧电流平均值，Ip-rms表示直流侧电流有效值，Irms表示交流侧 相电流有效值，A、B为常系数，可W通过下表查得： 根据上式可W绘制出直流电容纹波因数K在不同的调制比M和功率因素角的情 况下的变化趋势，如图4、图5所示。 在本实施例中，结合Tl. 2)中的调制比M的范围[0.6,0.9引，可W计算直流电容纹 波因数K的最大值为0.644。 T3、确定直流电流纹波ic-rms[006引T3.1)、在本实施例中，取交流相电流irms的有效值为20A; T3.2 )、结合步骤T2.2)中的直流电容纹波因数K的最大值，计算出直流电流纹波 i c-rms = K i rms = 12.8 8A O T4、选取450V/470UF的EPCOS侣电解电容器为目标电容。从参数表中可知，在溫度 85°C频率为120Hz时，该电容的额定纹波电流为1.99A;在开关频率为IOkHz时，其额定纹波 电流系数为1.5。因此可W计算出在该开关频率下的最大纹波电流Isr = I. 99 X 1.5 = 2.985A。[006引 T5、根据T3、T4中的计算结果可计算出正母线并联电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平逆变器的直流电容容量获取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、确定三电平逆变器的调制比M的范围；(1.1)、根据实际情况确定三电平逆变器的直流侧和交流侧的电压范围；(1.2)、根据直流侧和交流侧的电压范围计算出调制比M的范围；M=3UmUdc]]>其中，Um为交流侧电相电压的幅值，Udc为直流侧母线电压；(2)、确定直流电容纹波因数K的最大值；(2.1)、根据实际情况确定功率因素角(2.2)、结合步骤(1.1)中的调制比M的范围，根据以下公式计算直流电容纹波因数K的最大值其中，Ip‑ave表示直流侧电流平均值，Ip‑rms表示直流侧电流有效值，Irms表示交流侧相电流有效值，A、B为常系数；(3)、确定直流电流纹波ic‑rms(3.1)、根据实际情况确定交流相电流irms的效值；(3.2)、结合步骤(2.2)中的直流电容纹波因数K的最大值，根据以下公式计算出直流电流纹波ic‑rms；ic‑rms＝Kirms(4)、根据电容的参数手册，确定直流电容在指定开关频率处的最大电流纹波icr；(5)、根据步骤(3.2)中的直流电流纹波ic‑rms以及步骤(4)中的直流电容最大电流纹波icr，确定出母线上并联电容数目N，其公式如下：N=ic-rmsicr]]>若N不是整数，则向正无穷取整，再根据正母线和负母线电容的对称性，从而得到直流电容的数目；(6)、结合步骤(5)中直流电容数目，根据并联电容容量计算方法，可以获取到直流电容的容量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，邹见效，赵健程，安博，徐红兵，魏旻，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51