一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构及控制方法，属于电力电子控制技术领域。本发明专利技术可以实现级联型三相逆变器和级联型单相逆变器并联运行。级联型单相逆变器并联到级联型三相逆变器的某一相可以灵活的增加系统的容量，并且扩展了并联的灵活性，可以灵活的应用于各种复杂的工况。

【技术实现步骤摘要】
一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构及控制方法
本专利技术涉及一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构及控制方法，属于电力电子控制

技术介绍
随着当今科技的迅速发展，各种用电设备对供电系统的供电质量、系统容量和供电可靠性提出了越来越高的要求。为了增加供电系统的容量有学者提出了逆变器并联运行的解决方案，通过逆变器并联运行可以增加供电系统的容量，并且不需要更换原有的逆变器。目前常用的逆变器并联运行的控制方法主要分为两大类，一种是有互联线的控制方法；另一种无互联线的控制方法。有互联线的控制方法有以下几种：集中控制、主从控制、分散逻辑控制。无互联线的控制方法主要为下垂控制。当今有越来越多的负载需要高电压大电流供电，通常逆变器输出的电压受到了开关管耐压值的限制，为了突破单管器件的耐压程度限制，为此一种级联型的变换器被学者所提出，这种变换器的交流侧级联，不仅实现能量输出的汇聚，还提升了系统交流侧输出电压的大小。级联型变换器通过多个单相全桥变换器串联可以输出很高的电压，省去了工频变压器的升压，减小了系统体积。
技术实现思路
本专利技术提出了一种级联型三相逆变器与级联型单相逆变器并联的拓扑结构及控制方法，以便增加级联型逆变器并联的灵活性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构，一台级联型三相逆变器和一台级联型单相逆变器并联运行。本专利技术技术方案的进一步改进为：级联型三相逆变器为一种三相四线结构，包括直流部分，三相三桥臂及中性线、输出滤波电容及负载；所述直流部分包括一个直流电源和一个并联在直流电源两端的起短时间内稳压作用的稳压电容；所述三相三桥臂及中性线包括三相级联H桥和一条中性线，并且三相级联H桥和中性线构成星形连接；其中每个桥臂都包括n个串联的单相全桥变换器；每个单相全桥变换器前面都接有一个直流电源部分；所述输出滤波电容及负载包括三相滤波电感La、Lb、Lc，以及三相滤波电容Ca、Cb、Cc；三相滤波电感La、Lb、Lc的输入端分别与三相级联H桥的输出端相连接，三相滤波电感La、Lb、Lc的输出端与三相滤波电容Ca、Cb、Cc的输入端对应连接，滤波电容Ca、Cb、Cc的另一端采用星型连接；滤波电路的输出端与三相负载的输入端相连接，三相负载的输出端成星型连接，并且星型连接中性点与中性线的输入端连接；中性线的输出端与级联型三相逆变器星型连接的中点连接。本专利技术技术方案的进一步改进为：级联型单相逆变器包括n个单相H桥级联，并且输出端通过电感Ln1和电容Cn1进行滤波，电感Ln1的输入端和级联H桥的输出端连接，电感Ln1的输出端和滤波电容Cn1的输入端连接并且并联到三相负载的a相输入端，滤波电容Cn1的输出端和级联H桥的另一端连接并且连接到中性线上。一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构的控制方法，控制器采用双层控制结构，上层采用无互联线的下垂控制；对于级联型三相逆变器下层控制采用分相控制，将三相逆变器分解为三个单相逆变器进行控制；对于级联型单相逆变器下层采用准PR控制。本专利技术上述技术方案的进一步改进为：级联型三相逆变器的控制过程如下，使用电压采集器采集三相输出电压Ua、Ub、Uc，使用三相电流采集器采集输出的三相电流Ia、Ib、Ic，将采集到的每一相电压电流分别进行功率计算，得到三相有功率Pa、Pb、Pc和三相无功功率Qa、Qb、Qc；将得到的三相有功率Pa、Pb、Pc和三相无功功率Qa、Qb、Qc，通过下垂控制计算得到三相给定电压具体计算公式如下：在得到给定电压之后，与电压采集器采集到的三相电压Ua、Ub、Uc相减，把所得的结果作为准PR控制器的输入，准PR控制器的输出为级联型三相逆变器的三相调制波PWMa、PWMb、PWMc；在得到三相调制波PWMa、PWMb、PWMc之后通过载波移相调制得到最终的开关管驱动波；所述载波移相调制具体过程为设级联型三相逆变器有3n个单相全桥变换器组成，每一相有n个单相H桥变换器组成，每个单相H桥变换器采用三角波作为载波，并且每两个相邻的单相H桥变换器的三角载波相移度；所得到的三角载波通过与上述的调制波PWMa、PWMb、PWMc作比较得到每个开关管的驱动PWM波。本专利技术上述技术方案的进一步改进为：级联型单相逆变器的控制过程如下，使用电压采集器采集输出电压Uo、采用电流采集器采集输出电流Io，将采集到的电压电流通过功率计算得到有功功率Po和无功功率Qo；将得到的有功功率Po和无功功率Qo，通过下垂控制计算得到给定输入电压所述下垂控制具体公式如下：在得到给定电压之后，与电压采集器采集到的输出电压Uo相减，把所得的结果作为准PR控制器的输入，准PR控制器的输出为级联型单相逆变器的调制波PWM；在得到单相调制波PWMo之后通过载波移相调制得到最终的开关管驱动波PWMon；所述载波移相调制具体过程为设级联型单相逆变器有n个单相全桥变换器组成，每一相有n个单相H桥变换器组成，每个单相H桥变换器采用三角波作为载波，并且每两个相邻的单相H桥变换器的三角载波相移度；所得到的三角载波通过与上述的调制波PWMo作比较得到每个开关管的驱动波PWMon。本专利技术上述技术方案的进一步改进为：准PR控制器表达式如下：其中，Kp表示比例系数，Kr表示谐振系数，ωc表示截止频率，ω0表示工频角频率。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术效果有：本专利技术中控制器采用双层控制结构，上层采用无互联线的下垂控制；对于级联型三相逆变器下层控制采用分相控制，将三相逆变器分解为三个单相逆变器进行控制。对于级联型单相逆变器下层采用准PR控制。级联型三相逆变器其输出的三相电压之间没有耦合。在控制上可以看做是三个独立级联型单相逆变器，这三个级联型单相逆变器输出电压相位相差120度。本专利技术所提出的级联型三相单相逆变器并联拓扑结构及控制方法，增加级联型逆变器并联的灵活性，可以实现级联型三相逆变器中某一相与级联型单相逆变器并联，来增加系统的容量，并且扩展了并联的灵活性。附图说明图1是级联型三相单相逆变器并联的拓扑结构图；图2是级联型三相逆变器控制框图；图3是级联型单相逆变器控制框图；图4是稳定时级联型三相逆变器输出三相电压波形；图5是稳定时级联型三相逆变器输出三相电流波形；图6是稳定时级联型单相逆变器输出电压波形；图7是稳定时级联型单相逆变器输出电流波形；图8是稳定时负载两端电压波形；图9是稳定时流过负载的电流。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明：本专利技术是一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构及该拓扑机构的控制方法。如图1所示，该拓扑结构是将一台级联型三相逆变器和一台级联型单相逆变器并联运行。具体的是，其中的级联型三相逆变器为一种三相四线结构，包括直流部分，三相三桥臂及中性线、输出滤波电容及负载；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构，其特征在于：一台级联型三相逆变器和一台级联型单相逆变器并联运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构，其特征在于：一台级联型三相逆变器和一台级联型单相逆变器并联运行。


2.根据权利1所述的一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构，其特征在于：级联型三相逆变器为一种三相四线结构，包括直流部分，三相三桥臂及中性线、输出滤波电容及负载；所述直流部分包括一个直流电源和一个并联在直流电源两端的起短时间内稳压作用的稳压电容；所述三相三桥臂及中性线包括三相级联H桥和一条中性线，并且三相级联H桥和中性线构成星形连接；其中每个桥臂都包括n个串联的单相全桥变换器；每个单相全桥变换器前面都接有一个直流电源部分；所述输出滤波电容及负载包括三相滤波电感La、Lb、Lc，以及三相滤波电容Ca、Cb、Cc；三相滤波电感La、Lb、Lc的输入端分别与三相级联H桥的输出端相连接，三相滤波电感La、Lb、Lc的输出端与三相滤波电容Ca、Cb、Cc的输入端对应连接，滤波电容Ca、Cb、Cc的另一端采用星型连接；滤波电路的输出端与三相负载的输入端相连接，三相负载的输出端成星型连接，并且星型连接中性点与中性线的输入端连接；中性线的输出端与级联型三相逆变器星型连接的中点连接。


3.根据权利1所述的一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构，其特征在于：级联型单相逆变器包括n个单相H桥级联，并且输出端通过电感Ln1和电容Cn1进行滤波，电感Ln1的输入端和级联H桥的输出端连接，电感Ln1的输出端和滤波电容Cn1的输入端连接并且并联到三相负载的a相输入端，滤波电容Cn1的输出端和级联H桥的另一端连接并且连接到中性线上。


4.一种权利要求1～3中任一项的级联型三相单相逆变器并联拓扑结构的控制方法，其特征在于：控制器采用双层控制结构，上层采用无互联线的下垂控制；对于级联型三相逆变器下层控制采用分相控制，将三相逆变器分解为三个单相逆变器进行控制；对于级联型单相逆变器下层采用准PR控制。


5.根据权利要求4所述的一种级联型三相单相逆变器并联拓扑结构的控制方法，其特征在于：级联型三相逆变器的控制过程如下，
使用电压采集器采集三相输出电压Ua、Ub、Uc，使用三相电流采集器采集输出的三相电流Ia、Ib、Ic，将采集到的每一相电压电流分别进行功率计...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚志忠，郝伟杰，武少东，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13