一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统及控制方法技术方案

本发明专利技术一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统及控制方法，属于中高压变频调速技术及其控制技术，该技术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，方案中每一相级联多电平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，并且在整流级增加较少的硬件，可以使得逆变级和交流电机的三相定子绕组在不隔离的情况下直接采用星型连接，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，以及运行过程的损耗，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。

【技术实现步骤摘要】
一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统及控制方法
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星接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中高压变频调速系统及控制方法。
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大功率变换，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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统，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五电平级联式整流器单元，所述单相整流级电路提供一对公共的中高压输出直流母线，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五电平级联式逆变器单元，所述五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中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...

【技术特征摘要】
1.一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统，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五电平级联式整流器单元，所述单相整流级电路提供一对公共的中高压输出直流母线，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五电平级联式逆变器单元，所述五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中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.根据权利要求1所述的一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统，其特征在于，所述单相交-直-交变流器电路中的所述单相整流级电路包括单相二极管整流桥、两个升压电感L1、L2，四个开关器件S1、S2、S3、S4，四个快恢复二极管D1、D2、D3、D4，两个普通电感L3、L4，两个直流电容C1、C2和四个输出直流电容C3、C4、C5、C6，所述开关器件S1的第一接线端(a)与所述直流电容C1的一端相连，所述直流电容C1的另一端与所述快恢复二极管D1的阳极相连，所述快恢复二极管D1的阴极与所述输出直流电容C3的第一接线端(m)相连，所述开关器件S1的第二接线端(b)与所述开关器件S2的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D2的阳极相连，所述快恢复二极管D2的阴极与所述普通电感L3的一端及所述输出直流电容C4的第一接线端(m)相连，所述普通电感L3的另一端与所述快恢复二极管D1的阳极相连，所述输出直流电容C3的第二接线端(n)与所述输出直流电容C4的第一接线端(m)相连，所述开关器件S2的第二接线端(b)与所述开关器件S3的第一接线端(a)及所述输出直流电容C5的第一接线端(m)相连，所述输出直流电容C4的第二接线端(n)与所述输出直流电容C5的第一接线端(m)相连，所述开关器件S3的第二接线端(b)与所述开关器件S4的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D3的阴极相连，所述快恢复二极管D3的阳极与所述输出直流电容C5的第二接线端(n)及所述输出直流电容C6的第一接线端(m)相连，所述开关器件S4的第二接线端(b)与所述直流电容C2的一端及所述升压电感L2的一端相连，所述升压电感L2的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C2的另一端与所述普通电感L4的一端及所述快恢复二极管D4的阴极相连，所述普通电感L4的另一端与所述快恢复二极管D3的阳极相连，所述快恢复二极管D4的阳极与所述输出直流电容C6的第二接线端(n)相连，所述开关器件S1的第一接线端(a)与所述升压电感L1的一端相连，所述升压电感L1的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连。


3.根据权利要求1所述的一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统，其特征在于，所述单相交-直-交变流器电路中的所述单相整流级电路包括单相二极管整流桥、两个升压电感L1、L2、四个开关器件S1、S2、S3、S4，四个快恢复二极管D1、D2、D3、D4，两个飞跨电容C1、C2和两个输出直流电容C3、C4，所述开关器件S1的第一接线端(a)与所述快恢复二极管D1的阳极相连，所述快恢复二极管D1的阴极与所述快恢复二极管D2的阳极相连，所述快恢复二极管D2的阴极与所述输出直流电容C3的第一接线端(m)相连，所述输出直流电容C3的第二接线端(n)与所述输出直流电容C4的第一接线端(m)相连，所述开关器件S1的第二接线端(b)与所述开关器件S2的第一接线端(a)及所述飞跨电容C1的第一接线端(e)相连，所述飞跨电容C1的第二接线端(f)与所述快恢复二极管D2的阳极相连，所述开关器件S2的第二接线端(b)与所述开关器件S3的第一接线端(a)及所述输出直流电容C4的第一接线端(m)相连，所述开关器件S3的第二接线端(b)与所述开关器件S4的第一接线端(a)及所述飞跨电容C2的第一接线端(e)相连，所述飞跨电容C2的第二接线端(f)与所述快恢复二极管D3的阳极及所述快恢复二极管D4的阴极相连，所述快恢复二极管D4的阳极与所述输出直流电容C4的第二接线端(n)相连，所述开关器件S4的第二接线端(b)与所述快恢复二极管D3的阴极及所述升压电感L2的一端相连，所述升压电感L2的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述开关器件S1的第一接线端(a)与所述升压电感L1的一端相连，所述升压电感L1的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连。


4.一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统，其特征在于，包括三相交流电动机，三个权利要求1所述的单相交-直-交变流器电路中的所述五电平级联式逆变器单元有六个交流输出端，三个权利要求1所述的单相交-直-交变流器电路中的所述五电平级联式逆变器单元的第一交流输出端构成一组接线端，三个权利要求1所述的单相交-直-交变流器电路中的所述五电平级联式逆变器单元的第二交流输出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所述三相交流电动机的定子绕组相连，构成星形连接。


5.一种无变压器隔离的星接中高压变频调速系统的控制方法，其特征在于，控制步骤如下：
(1)对三相交-直-交变流器电路中的每相整流级直流侧总电压进行采样，得到3个直流侧总电压信号UA、UB、UC，再对每相整流级的N(N＝2或4)个级联模块电压进行采样，得到3N个模块电压信号UA1、UA2、...UAN，UB1、UB2、...UBN，UC1、UC2、...UCN，利用下式计算3个直流侧总电压信号UA、UB、UC的平均值Uo：



(2)将步骤(1)中的Uo与直流电压给定信号Uo*比较后送入PI电压调节器，得到直流电流信号幅值Id，将步骤(1)中的3个直流侧总电压信号UA、UB、UC分别与直流电压给定信号Uo*比较后送入PI电压调节器，得到直流电流信号幅值IdA、IdB、IdC；
(3)利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，程红，赵志浩，杨道宽，徐正，于龙飞，袁巍，陶艳梅，
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