针对五电平变流器交流侧充电软启动电路及方法技术

本发明专利技术提供了一种针对五电平变流器交流侧充电软启动电路，包括：第二开关连接于三相交流电源的三相与五电平变流器的三相桥臂之间，第二开关与三相交流电源的三相之间分别设置有输出滤波电感；限流电阻串联于第二开关与输出滤波电感之间，形成串联电路；第一开关与串联电路并联。同时提供了一种上述软启动电路的软启动方法。本发明专利技术利用三相交流电源给变流器中的电容充电，结构简单，控制方便，增加的辅助支路较少，实现安全可靠高效的软启动，不影响主电路的正常工作，且辅助器件仅存在于三相电源与桥臂之间。

Charging Soft Start Circuit and Method for AC Side of Five-Level Converter

The invention provides a charging soft start circuit for the AC side of a five-level converter, which includes: a second switch is connected between the three-phase bridge arm of a three-phase AC power supply and a five-level converter; an output filter inductance is arranged between the second switch and the three-phase AC power supply respectively; a current limiting resistance is connected in series between the second switch and the output filter inductance to form a series circuit. The first switch is in parallel with the series circuit. At the same time, a soft start method of the soft start circuit is provided. The invention uses three-phase AC power supply to charge capacitors in the converter, has simple structure, convenient control, fewer auxiliary branches, realizes safe, reliable and efficient soft start, does not affect the normal operation of the main circuit, and the auxiliary devices only exist between the three-phase power supply and the bridge arm.

【技术实现步骤摘要】
针对五电平变流器交流侧充电软启动电路及方法
本专利技术涉及一种交流测充电软启动技术，具体地，涉及一种安全可靠高效的针对五电平变流器交流侧充电软启动电路及方法。
技术介绍
现有的一种五电平三相变流器，其电路如图1所示，其每相由三个电容，两个二极管和八个全控型开关管组成。这种三相五电平变流器能够实现并网发电功能，也可以带负载独立运行和驱动电机。但是，电路中存在较多的电容，包括母线电容和飞跨电容，在电容建压策略方面有着较大的困难，既不能产生很大的充电电流，又不能增大主开关管的电压应力。尤其在正常运行中主开关管S5和S7的电压应力为母线电压的四分之三，相比于其余的主开关管其电压应力较大，若没有合适的软启动策略而直接投入运行，则S5和S7在运行的前几个周期的电压应力将近似等于母线电压，这两个主开关管很可能由于电压过高而击穿。经检索，公开号为202261005U的中国专利申请，该技术提供了一种ANPC五电平变流器的预充电电路，包括整流部分、限流部分和分压部分，三相不可控整流得到的电压，通过限流电阻给母线电容和飞跨电容充电，并根据大电阻的分压比为母线电容和飞跨电容充电值设定值。该技术解决了该变流器拓扑结构直接充电造成的过电流问题，并将电容器电压充至设定值。但是该专利提出的软启动策略主要目的只是在于解决该拓扑直接充电造成的过电流问题，因此并不是安全可靠高效的软启动，而且适用性不强，不能同时适用于两相ANPC桥臂的H桥电路、三相三线制/三相四线制的ANPC电路。目前尚无针对五电平变流器软启动的技术说明或报道，也尚未收集到国内外与之相关的资料。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种针对五电平变流器交流侧充电软启动电路及方法，通过主开关的闭合，对飞跨电容和母线电容同时充电；悬浮电容电压达到设定值后，对母线电容单独充电。本专利技术是通过以下技术方案实现的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种针对五电平变流器交流侧充电软启动电路，包括：三相交流电源、限流电阻、第一开关、第二开关以及五电平变流器；其中：所述第二开关为三个，三个第二开关连接于三相交流电源的三相与五电平变流器的三相桥臂之间，三个第二开关与三相交流电源的三相之间分别设置有一个输出滤波电感；所述限流电阻至少为两个，并串联于第二开关与输出滤波电感之间，形成串联电路；所述第一开关的数量与限流电阻的数量相同，并与所述串联电路并联。优选地，所述限流电阻为两个或三个。优选地，所述五电平变流器的直流侧设有串联的上母线电容CUP和下母线电容CDOWN；所述五电平变流器每一相桥臂的拓扑结构为：直流侧一端分别与上母线电容CUP的上端和下母线电容CDOWN的下端连接，靠近交流侧一端设有一个飞跨电容Cf；直流侧一端的正负极分别通过全控型主开关管S5和S7与飞跨电容Cf的正负极相连；直流侧中点处分别通过全控开关管S6和S8、逆阻型全控开关管S4和S3以及两个二极管与飞跨电容Cf的正负极相连；飞跨电容Cf的正负极与交流侧输出之间分别通过全控型开关管S1和S2相连。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种针对五电平变流器交流侧充电软启动电路的软启动方法，包括以下步骤：步骤S01：上母线电容CUP、下母线电容CDOWN的电压均为零，飞跨电容Cf的电压也为零，第一开关、第二开关均断开，五电平变流器处于停机状态；此时，闭合五电平变流器每一相桥臂的全控型主开关管S5和S7，并闭合第二开关，由三相交流电源通过所述限流电阻给上母线电容CUP、下母线电容CDOWN和飞跨电容Cf充电；步骤S02：当飞跨电容Cf电压达到设定值E，其中E表示总母线电压设定值的四分之一，断开五电平变流器每一相桥臂的全控型主开关管S5和S7，并闭合五电平变流器中每一相桥臂的逆阻型全控开关管S4和全控开关管S6，由三相交流电源通过限流电阻给上母线电容CUP充电；步骤S03：当上母线电容CUP电压达到设定值2E，即总母线电压设定值的二分之一时，断开五电平变流器中每一相桥臂的逆阻型全控开关管S4和全控开关管S6，并闭合五电平变流器每一相桥臂的逆阻型全控开关管S3和全控开关管S8，由三相交流电源通过限流电阻给下母线电容CDOWN充电；步骤S04：当下母线电容CDOWN电压达到设定值2E，即总母线电压设定值的二分之一时，断开五电平变流器每一相桥臂的逆阻型全控开关管S3和全控开关管S8，并闭合第一开关，软启动过程完成，五电平变流器处于待机状态。优选地，利用五电平变流器每一相桥臂的全控型主开关管S5和S7将飞跨电容Cf与上母线电容CUP和下母线电容CDOWN并联，使飞跨电容Cf、上母线电容CUP和下母线电容CDOWN同时由三相交流电源充电。优选地，通过对五电平变流器每一相桥臂的逆阻型全控开关管S4和S3以及全控开关管S6和S8进行控制，实现飞跨电容Cf电压优先于上母线电容CUP和下母线电容CDOWN电压达到其设定值，保证五电平变流器每一相桥臂的所有开关管的电压应力均不高于正常运行时的电压应力。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提出的针对五电平变流器的交流侧充电软启动技术(电路及方法)，仅需要六个附加开关K1、K2、K3、K4、K5、K6和最多三个附加电阻R1、R2、R3，附加电路极为简单；本专利技术提出的针对五电平变流器的交流侧充电软启动技术(电路及方法)，将每相的开关管S3、S4、S5、S6、S7、S8作为软启动的一部分，并保留了每相桥臂的完整独立性，实现飞跨电容电压优先于母线电容电压达到其设定值，保证软启动时各主开关的电压应力均不高于正常运行时的电压应力，实现安全可靠高效的软启动。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为现有的三相五电平逆变器电路拓扑图；图2为本专利技术一实施例软启动电路的电路拓扑图；图3为本专利技术另一实施例软启动电路的电路拓扑图；图4为本专利技术一优选实施例的软启动方法步骤示意图；图5为本专利技术一优选实施例的在软启动过程中的控制脉冲时序和电容电压波形图；图6～图10为本专利技术一优选实施例的在软启动过程中各阶段的工作等效电路图；其中，图6为阶段1(t0-t1)，图7为阶段2(t1-t2)，图8为阶段3(t2-t3)，图9为阶段4(t3-t4)，图10为阶段5(t4-t5)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种针对五电平变流器交流侧充电软启动电路，包括：三相交流电源，限流电阻，第二开关，第一开关，以及有源中点箝位五电平变流器；其中：所述第二开关为三个，三个第二开关连接于三相交流电源的三相与有源中点箝位五电平变流器的三相桥臂之间，三个第二开关与三相交流电源的三相之间分别设置有一个输出滤波电感；所述限流电阻至少两个，并串联于第二开关与输出滤波电感之间，形成串联电路；所述第一开关数量与所述限流电阻数量相同，并与所述串联电路并联。进一步地，所述限流电阻为两个或三个。进一步地，所述有源中点箝位五电平变流器的直流侧设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对五电平变流器交流侧充电软启动电路，其特征在于，包括：三相交流电源、限流电阻、第一开关、第二开关以及五电平变流器；其中：所述第二开关为三个，三个第二开关连接于三相交流电源的三相与五电平变流器的三相桥臂之间，三个第二开关与三相交流电源的三相之间分别设置有一个输出滤波电感；所述限流电阻至少为两个，并串联于第二开关与输出滤波电感之间，形成串联电路；所述第一开关的数量与限流电阻的数量相同，并与所述串联电路并联。

【技术特征摘要】
1.一种针对五电平变流器交流侧充电软启动电路，其特征在于，包括：三相交流电源、限流电阻、第一开关、第二开关以及五电平变流器；其中：所述第二开关为三个，三个第二开关连接于三相交流电源的三相与五电平变流器的三相桥臂之间，三个第二开关与三相交流电源的三相之间分别设置有一个输出滤波电感；所述限流电阻至少为两个，并串联于第二开关与输出滤波电感之间，形成串联电路；所述第一开关的数量与限流电阻的数量相同，并与所述串联电路并联。2.根据权利要求1所述的针对五电平变流器交流侧充电软启动电路，其特征在于，所述限流电阻为两个或三个。3.根据权利要求1所述的针对五电平变流器交流侧充电软启动电路，其特征在于，所述五电平变流器的直流侧设有串联的上母线电容CUP和下母线电容CDOWN；所述五电平变流器每一相桥臂的拓扑结构为：直流侧一端分别与上母线电容CUP的上端和下母线电容CDOWN的下端连接，靠近交流侧一端设有一个飞跨电容Cf；直流侧一端的正负极分别通过全控型主开关管S5和S7与飞跨电容Cf的正负极相连；直流侧中点处分别通过全控开关管S6和S8、逆阻型全控开关管S4和S3以及两个二极管与飞跨电容Cf的正负极相连；飞跨电容Cf的正负极与交流侧输出之间分别通过全控型开关管S1和S2相连。4.一种针对五电平变流器交流侧充电软启动电路的软启动方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S01：上母线电容CUP、下母线电容CDOWN的电压均为零，飞跨电容Cf的电压也为零，第一开关、第二开关均断开，五电平变流器处于停机状态；此时，闭合五电平变流器每一相桥臂的全控型主开关管S5和S7，并闭合第二开关，由三相交流电源通过所述限流电阻给上...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑帅，李睿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31