一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路及方法技术

本发明专利技术提供了一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路及方法，属于电力电子技术领域。电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路包括交流电源，限流电阻，串联电感，混合式多电平变流器和负载，本发明专利技术电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路，所需硬件设备少，安装便捷，成本低廉。本发明专利技术还提供了电网侧供电混合式多电平变流器的软充电方法，通过交流电源电压方向调节开关触发脉冲占空比改变充电回路，依次对混合式多电平变流器的飞跨电容和直流母线电容进行充电，并将各电容电压充电至额定工作值，充电过程中无大冲击电流产生，充电时间短，有效保障了电网侧供电混合式多电平变流器系统的安全软启动。多电平变流器系统的安全软启动。多电平变流器系统的安全软启动。

【技术实现步骤摘要】
一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路及方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路及方法。

技术介绍

[0002]混合式多电平变流器(Hybrid Clamped Converter，HCC)是一种新兴的中高压多电平变流器，能广泛应用于新能源并网，电机驱动和交通电气化等领域。随着工业应用的发展，三电平、四电平和五电平变换器被认为是多电平变换器中工业应用中最有应用前景的拓扑结构。相比于传统的两电平变换器，多电平变换器具有输出电压和电流质量更高、功率开关应力更小、dv/dt更低、效率更高等优点，在中高压电机驱动、高压直流输电、新能源并网和储能等领域中有着广泛的应用。
[0003]直流母线电容和飞跨电容是混合式多电平变流器中重要的组成部分。在启动之前，直流母线电容和飞跨电容电压初始值为零，然而正常工作时，各电容电压要稳定工作在直流母线电压的三分之一。若直接让直流母线电容和飞跨电容与直流电源相连并工作，不进行任何预充电操作，会使混合式多电平变流器产生非常大的电容冲击电流，造成系统的损坏甚至烧毁。现有的方法无法从电网侧将混合式多电平变流器系统中各电容电压充电至额定工作值。
[0004]因此，亟需一种合适的充电电路及充电方法，实现从电网侧对混合式多电平变流器系统电容电压充电到额定工作值，同时避免产生冲击电流。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路及方法。意在解决现有电路及方法无法从电网侧将混合式多电平变流器系统中各电容电压充电至额定工作值的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供了一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路，包括交流电源V
ac
、限流电阻R0、电感L0、混合式多电平变流器、负载RL、充电电源切除开关S0和充电限流元件切除开关S1；
[0007]所述混合式多电平变流器包括直流母线电容C
d1
、C
d2
和C
d3
，飞跨电容C
fa
和C
fb
，以及四个桥臂，所述直流母线电容C
d1
、C
d2
和C
d3
串联；
[0008]所述四个桥臂包括八组主开关，即S
a1
和S
a2
，S
a3
和S
a6
，S
a4
和S
a5
，S
a7
和S
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，S
b1
和S
b2
，S
b3
和S
b6
，S
b4
和S
b5
，S
b7
和S
b8
；
[0009]所述交流电源V
ac
的第一端与开关S0的第一端相连，所述开关S0的第二端连接限流电阻R0的第一端，所述限流电阻R0的第二端连接电感L0的第一端，所述限流电阻R0与电感L0串联形成负载R0L0，负载R0L0与开关S1并联；所述电感L0的第二端连接S
a1
的第一端和S
a2
的第一端，所述S
a1
的第二端连接S
a3
的第一端，所述S
a3
的第二端连接S
a4
的第一端和S
a5
的第一端，所述S
a4
的第二端连接直流母线电容C
d1
的第一端，所述S
a5
的第二端连接直流母线电容C
d1
的
第二端；所述S
a2
的第二端连接S
a6
的第一端，所述S
a6
的第二端连接S
a7
的第一端和S
a8
的第一端，所述S
a7
的第二端连接直流母线电容C
d3
的第一端，所述S
a8
的第二端连接直流母线电容C
d3
的第二端，所述S
a1
的第二端和S
a3
的第一端均与飞跨电容C
fa
的第一端连接，所述S
a2
的第二端和S
a6
的第一端均与飞跨电容C
fa
的第二端连接；
[0010]所述交流电源V
ac
的第二端连接S
b1
的第一端和S
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的第一端，所述S
b1
的第二端连接S
b3
第一端，所述S
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的第二端连接S
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的第一端和S
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的第一端，所述S
b4
的第二端连接直流母线电容C
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的第一端，所述S
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的第二端连接直流母线电容C
d1
的第二端；所述S
b2
的第二端连接S
b6
的第一端，所述S
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的第二端连接S
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的第一端和S
b8
的第一端，所述S
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的第二端连接直流母线电容C
d3
的第一端，所述S
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的第二端连接直流母线电容C
d3
的第二端，所述S
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的第二端和S
b3
的第一端均与飞跨电容C
fb
的第一端连接，所述S
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的第二端和S
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的第一端均与飞跨电容C
fb
的第二端连接；
[0011]所述负载RL的第一端连接S
a4
的第二端和S
b4
的第二端，所述负载RL的第二端连接S
a8
的第二端和S
b8
的第二端。
[0012]进一步，所述限流电阻R0的电阻值为0.01Ω～10kΩ，所述串联电感L0的电感值为0.1mH～50mH。
[0013]进一步，所述负载RL包括串联的电阻R和电感L，所述电阻R的电阻值为0.01Ω～50000Ω，所述电感L的电感值为0.01mH～50mH。
[0014]进一步，所述直流母线电容C
d1
、C
d2
、C
d3
以及飞跨电容C
fa
、C
fb
的容值为0.01mF～50mF。
[0015]本专利技术还提供了一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电方法，包括以下步骤：
[0016]1)将混合式多电平变流器内部开关的初始驱动信号全部设为低电平，闭合开关S0，断开开关S1，接入交流电源V
ac
；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路，其特征在于：包括交流电源V
ac
、限流电阻R0、电感L0、混合式多电平变流器、负载RL、充电电源切除开关S0和充电限流元件切除开关S1；所述混合式多电平变流器包括直流母线电容C
d1
、C
d2
和C
d3
，飞跨电容C
fa
和C
fb
，以及四个桥臂，所述直流母线电容C
d1
、C
d2
和C
d3
串联；所述四个桥臂包括八组主开关，即S
a1
和S
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，S
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和S
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，S
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和S
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，S
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和S
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，S
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和S
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，S
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和S
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，S
b4
和S
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，S
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和S
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；所述交流电源V
ac
的第一端与开关S0的第一端相连，所述开关S0的第二端连接限流电阻R0的第一端，所述限流电阻R0的第二端连接电感L0的第一端，所述限流电阻R0与电感L0串联形成负载R0L0，负载R0L0与开关S1并联；所述电感L0的第二端连接S
a1
的第一端和S
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的第一端，所述S
a1
的第二端连接S
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的第一端，所述S
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的第二端连接S
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的第一端和S
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的第一端，所述S
a4
的第二端连接直流母线电容C
d1
的第一端，所述S
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的第二端连接直流母线电容C
d1
的第二端；所述S
a2
的第二端连接S
a6
的第一端，所述S
a6
的第二端连接S
a7
的第一端和S
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的第一端，所述S
a7
的第二端连接直流母线电容C
d3
的第一端，所述S
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的第二端连接直流母线电容C
d3
的第二端，所述S
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的第二端和S
a3
的第一端均与飞跨电容C
fa
的第一端连接，所述S
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的第二端和S
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的第一端均与飞跨电容C
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的第二端连接；所述交流电源V
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的第二端连接S
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的第一端和S
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的第一端，所述S
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的第二端连接S
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第一端，所述S
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的第二端连接直流母线电容C
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的第一端，所述S
b5
的第二端连接直流母线电容C
d1
的第二端；所述S
b2
的第二端连接S
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的第一端，所述S
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的第二端连接S
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的第一端和S
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的第一端，所述S
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的第二端连接直流母线电容C
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的第二端连接直流母线电容C
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的第二端，所述S
b1
的第二端和S
b3
的第一端均与飞跨电容C
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的第一端连接，所述S
b2
的第二端和S
b6
的第一端均与飞跨电容C
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的第二端连接；所述负载RL的第一端连接S
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的第二端和S
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的第二端，所述负载RL的第二端连接S
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的第二端和S
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的第二端。2.根据权利要求1所述的一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路，其特征在于：所述限流电阻R0的电阻值为0.01Ω～10kΩ，所述串联电感L0的电感值为0.1mH～50mH。3.根据权利要求1所述的一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路，其特征在于：所述负载RL包括串联的电阻R和电感L，所述电阻R的电阻值为0.01Ω～50000Ω，所述电感L的电感值为0.01mH～50mH。4.根据权利要求1所述的一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路，其特征在于：所述直流母线电容C
d1
、C
d2
、C
d3
以及飞跨电容C
fa
、C
fb
的容值为0.01mF～50mF。5.一种基于如权利要求1所述的一种电网侧供电混合式多电平变流器的软充电电路的软充电方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将混合式多电平变流器内部开关的初始驱动信号全部设为低电平，闭合开关S0，断开开关S1，接入交流电源V
ac
；2)通过伏秒面积平衡方法计算出将飞跨电容C
fa
和C
fb
充电到额定工作电压U
ref
的开关占空比，以及将直流母线电容C
d1
、C
d2
和C
d3
充电到额定工作电压U
ref
的开关占空比；
3)利用步骤2计算出的开关占空比控制混合式多电平变流器内部的开关，切换电路的运行状态，从而对直流母线电容C
d1
、C
d2
和C
d3
以及飞跨电容C
fa
和C
fb
充电；4)检测飞跨电容C
fa
和C
fb
两端的电压值，当飞跨电容C
fa
和C
fb
的电压均达到额定工作电压U
ref
时，控制混合式多电平变流器内部的开关，停止对飞跨电容C
fa
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一晖，潘建宇，税清欣，王钰明，王庆林，杜翊豪，唐海博，郭禹伽，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：