一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案技术方案

本发明专利技术一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案，属于中高压变频调速技术及其控制技术实现方案，该方案取消了传统中高压变频器使用的工频变压器和基于无工频变压器级联式多电平变换器的新一代中高压变频器中的高频隔离DC/DC变换环节，方案中每一相级联整流器构成一对公共的中高压直流母线，可以与二极管箝位型或电容箝位型逆变电路直接相连；并且变频器本身不需要电气隔离，通过使用交流电机的三相定子绕组实现三相逆变器之间的电气隔离，极大减小了变频器的体积、重量，大大降低了中高压变频器的系统结构与控制复杂度，以及运行过程损耗和硬件成本，同时也极大提高了系统可靠性和整体效率，特别适用于中高压大功率变频调速领域。

A new type of medium and high voltage frequency control system without transformer isolation

【技术实现步骤摘要】
一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案
本专利技术属于中高压变频调速
,特别涉及一种无隔离变压器的大功率级联式多电平变换器与交流电机有机融合构成的一种新型中高压变频调速系统实现方案。
技术介绍
近年来，“多电平功率变换器”(MultilevelConverter)在中高电压大功率变频调速、有源电力滤波、高压直流(HVDC)输电和电力系统无功补偿等领域已得到越来越多的成功应用。多电平变换器的基本电路拓扑结构大致可分为箝位型和单元级联型两大类，例如，目前在工业中得到广泛应用的由西门子公司或ABB公司生产的二极管箝位型三电平中高压变频器，以及由罗宾康公司或利德华福公司生产的级联H桥中高压变频器就是这两类产品的典型代表。在这两类中高压变频器中，无论哪一类，为了应用低耐压的电力电子器件完成高电压的功率变换，均需在整流输入侧使用体积庞大、接线复杂、价格昂贵的工频移相变压器实现电气隔离,这使其在许多工业场合的应用受到限制。无工频变压器级联式多电平变换器，近年来在电力电子
受到广泛关注，被认为是新一代中高压变频器的实现方案。此类变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案，其特征在于：包括三个高频滤波器和三相交-直-交变流器电路，所述三相交-直-交变流器电路包括三个单相交-直-交变流器电路，所述单相交-直-交变流器电路包括单相整流级电路，所述单相整流级电路包括一个单相整流器和N个级联的控制模块单元，其中N≥1为正整数，所述单相整流级电路提供一对公共的高压输出直流母线，所述单相交-直-交变流器电路包括单相逆变级电路，所述单相逆变级电路包括一个N+1电平级联式逆变器单元，所述N+1电平级联式逆变器单元的直流输入端与所述单相整流级电路提供的一对公共的高压输出直流母线直接相联，所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级...

【技术特征摘要】
1.一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案，其特征在于：包括三个高频滤波器和三相交-直-交变流器电路，所述三相交-直-交变流器电路包括三个单相交-直-交变流器电路，所述单相交-直-交变流器电路包括单相整流级电路，所述单相整流级电路包括一个单相整流器和N个级联的控制模块单元，其中N≥1为正整数，所述单相整流级电路提供一对公共的高压输出直流母线，所述单相交-直-交变流器电路包括单相逆变级电路，所述单相逆变级电路包括一个N+1电平级联式逆变器单元，所述N+1电平级联式逆变器单元的直流输入端与所述单相整流级电路提供的一对公共的高压输出直流母线直接相联，所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级电路有两个交流输入端，三个所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级电路共有六个交流输入端，三个所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级电路的第一交流输入端构成一组接线端，三个所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级电路的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共的中性点上，另外一组接线端分别与三个所述高频滤波器串联，接入三相电网，构成星形连接。


2.一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案，其特征在于：包括三相交流电动机，所述三相交流电动机的每相定子绕组分别与三个权利要求1所述的单相交-直-交变流器电路中的所述N+1电平级联式逆变器单元的交流输出端相联，构成开绕组连接，实现三相功率流之间的电气隔离。


3.一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案，其特征在于：包括一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案的控制策略，所述一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案的控制策略步骤如下：
(1)为提高逆变级电路的直流电压利用率，得到和传统空间矢量脉宽调制一样的控制效果，假定每相逆变级电路三相正弦参考电压信号由下式给出：



式中V*为传统空间矢量脉宽调制指令电压信号，va*、vb*、vc*为三相正弦参考电压信号，ωt为V*的旋转角度；
(2)根据传统空间矢量脉宽调制波形和面积等效原理，得到各相逆变级电路在各扇区的脉宽调制电压波形va*、vb*、vc*的表达式分别为：

(第一扇区)(第二扇区)

(第三扇区)(第四扇区)

(第五扇区)(第六扇区)
TS＝2(T0+Ta+Tb)
式中，T0为零矢量作用时间，Ts为开关周期，Vd为每相逆变器的直流侧电压，Ta、Tb分别为滞后指令电压信号V*的矢量作用时间和超前指令电压信号V*的矢量作用时间；

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，程红，赵志浩，李瑶璞，陶艳梅，于龙飞，袁巍，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11