一种用于高电压背靠背变流器，由结构相同的多个桥臂构成，每个桥臂的上桥臂和下桥臂均由数量相同的多个低压功率单元级联构成。每一个桥臂分别对应所述的背靠背变流器的输入或输出的一相。所述的每个桥臂的上端连接在一起，每个桥臂的下端连接在一起，高压直流母线不需要支撑电容。每个桥臂包含一个电感模块，所述的电感模块由串联的两个电感构成；两个电感的两个端子的共同连接点作为该相桥臂的输出端子；两个电感的另外两个端子中，一个端子与该相桥臂上桥臂的下端相连，另一个端子与该相桥臂下桥臂的上端相连。本发明专利技术适用于单相／单相、单相／三相、三相／三相、三相／多相等高压交流传动场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多电平背靠背变流器，特别涉及高电压交流传动系统中能实现能 量双向流动与控制的多电平背靠背变流器。
技术介绍
随着电力电子以及交流传动技术的发展，高压交流传动系统，例如高压变频调速 系统等作为节能减排的主要手段之一，在国民经济的各个领域得到了越来越广泛的应用。 在高压交流传动系统的实际应用当中，很多场合需要在电机制动时将其能量回馈至电网 侧，以便节约能源，因此具备能量双向流动与控制能力的背靠背型变流器也获得了广泛的 应用。然而，在目前的电力电子技术发展水平下单台以及单个使用的电力电子开关器件 一般不能承受高电压，例如6kV、10kV等场合的耐压要求。因此，通过变压器、功率模块串 联、开关器件串联和多电平变流器等来实现的高压背靠背变流器得到了关注和应用。目前， 高压变流器的主要拓扑形式有1、通过变压器将多个低压的变流器组合成高压变流器。例如，中国专利 200320121533,200720190811,200780018970,200910184413,02114225.4,03126473.5、 97100477. 3,200410009469. 8,200710114461. 1,200820014044. X,200820238870. 2 采用了 工频变压器与低压变流器结合的方式构成高压多电平变流器；而中国专利200820208579 和美国专利 US7554824B2、US7558087B2、US2008/0198637A1、US 2008/0158921A1 则采用了 中频变压器与低压变流器结合的方式构成高压多电平变流器。这种拓扑结构实施容易，模 块化程度高，但由于变压器的大量采用导致其装置体积大，重量大，成本高。2、通过电力电子开关器件的直接串联实现的高压变流器。例如，中国专利 200720140987,200720148108采用了 IGBT直接串联两电平变流器的方式构成了高压变流 器。这种结构的变流器结构简单，体积小，重量轻，但开关器件动态和静态均压问题不易解 决，输出电压dv/dt大，谐波含量高，容易对电机造成损害。3、通过采用多电平的变流器，例如二极管箝位式、飞跨电容式多电平变流器、级联H桥型多电平变流器等构成的高压变流器。例如，美国专利US 5644483、US 5532575 和US2007/0159749A1采用了二极管箝位式的多电平变流器构成高压变流器；而美国专利 US6005788通过级联H桥型多电平变流器构成高压变流器，但是这一结构的变流器作为背 靠背变流器时又需要变压器进行电气隔离。而美国专利US 2006/0044857A1将二极管箝位 式多电平变流器中需要的多个直流母线所需的多个隔离的交流电源集成到了发电机的绕 组中，虽然省去了变压器，却需要对发电机进行改造，这在很多实际应用当中尤其是与电网 连接的情况下是不现实的。这一结构的变流器不需要变压器，也不存在开关器件的动态均 压问题。但是，这些类型的变流器的高压直流母线一般需要高压直流电容，随着电平数量的 增加二极管或高压电容的数量也会急剧增加，且存在电容均压问题，因此在实际应用当中 三电平的结构应用最广，然而在目前的电力电子开关器件水平下三电平变流器承受7kV以上的高压是几乎不可能的。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有高压交流传动领域用背靠背变流器的缺点，简化装置结构， 减小装置的体积和重量，降低制造成本，提出一种高电压交流传动系统背靠背变流器。 本专利技术由多个结构相同的桥臂构成，每个桥臂的上桥臂和下桥臂均由数量相同的 η个(η > 1)低压功率单元级联构成，每一相输入或输出分别对应一个桥臂。每个桥臂的 上端连接在一起，每个桥臂的下端连接在一起，直流母线不需要支撑电容。同时，每相桥臂 包含一个电感模块，电感模块由两个电感构成，这两个电感既可以是相互独立的分立电感， 也可以是耦合系数很高的两个耦合电感。两个电感直接串联，若为耦合电感则为顺接串联。 两个电感的共同连接点作为该相桥臂的输出端子；两个电感的另外两个端子一个与该相桥 臂上桥臂的下端相连，另外一个端子与该相桥臂下桥臂的上端相连。桥臂的数量根据应用 场合的不同来确定，例如，当电网和电机均为三相三线制时，则电网侧需要三个桥臂，电机 侧需要三个桥臂，也就是总共需要六个桥臂；当电网为单相而电机为三相时，则电网侧需要 一个桥臂，电机侧需要三个桥臂，也就是总共需要四个桥臂。本专利技术高电压交流传动系统模块化多电平背靠背变流器具有以下特点和优势1.采用级联式模块化结构，只要级联足够的低压功率单元，可以承受非常高的电 压。同时，模块化的结构便于生产制造和安装调试。2.在高压大容量交流传动系统中，变压器的重量体积一般占整个系统的三分之一 以上。而本专利技术无需变压器，因此能够显著降低装置的体积、重量以及制造成本。3.本专利技术通过低压功率单元的级联可以实现多电平的输入/输出电压，且电压越 高需要级联的模块越多，输入/输出电压的电平数也越多。电压越高越能减小输入/输出 电压和电流的谐波含量，提高电网侧的电能质量，减小了电机侧谐波损耗。因此特别适用于 高压交流传动系统。4.高压直流侧无需直流母线支撑电容，减少了系统设备数量，也消除了传统结构 中采用高压直流电容带来的困难。5.本专利技术可四象限运行，可以实现能量的双向流动与控制。对于交流传动系统而 言，能够节约能源，省去制动电路，降低硬件成本。6.本专利技术配置灵活，适用范围广，既可以用于典型的三相交流传动系统，也可以用 于单相或多相的交流传动系统。附图说明图1为本专利技术高电压交流传动系统背靠背变流器在三相/三相交流传动系统应用 时的整体结构图；图2为本专利技术中低压功率单元Ukll (K = Α、B、C、a、b、或c)的电路结构图；图3为本专利技术中电感模块Uk2 (K =々、8、(、113、或(3)的具体电路结构图，图3a为 由两个分立的电感构成的电感模块；图3b为由两个耦合电感构成的电感模块。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。图1为本专利技术高电压交流传动系统背靠背变流器在三相/三相交流传动系统应用 时的整体结构图。本专利技术背靠背变流器由多个结构相同的桥臂构成，每个桥臂的上桥臂和 下桥臂均由数量相同的η个低压功率单元级联构成，η > 1 ；每一个桥臂分别对应所述的背 靠背变流器的输入或输出的一相；所述的每个桥臂的上端连接在一起，每个桥臂的下端连 接在一起，高压直流母线不需要支撑电容。图1所示的本专利技术由六个桥臂组成，六个桥臂的上端连接在同一点P，六个桥臂的 下端连接在同一点N。每个桥臂的结构完全相同第Κ(Κ = A、B、C、a、b、或c)相桥臂的上 半桥臂由低压功率单元Ukii UKln级联构成，即UKlj的11端子与Uki(计的12端子相连，而 Ukij的12端子与Uki(j+1)的11端子相连(2彡j彡n-1)；第K(K = A、B、C、a、b、或c)相桥 臂的下半桥臂由低压功率模块Uk21 UK2n级联构成，即UK2j的11端子与υκ2 _ 的12端子相 连，而UK2j的12端子与UK2(j+1)的11端子相连(2彡j彡η 1) ；Uku的11端子连接到P点； UKln的12端子连接到电感模块Uk2的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于高压背靠背变流器，其特征在于：所述的背靠背变流器由多个结构相同的桥臂构成，每个桥臂对应输入或输出的一相，每相桥臂指输入或输出的每相所对应的每个桥臂；每个桥臂的上桥臂和下桥臂均由数量相同的ｎ个低压功率单元级联构成，ｎ≥１；所述的每个桥臂的上端连接在一起，每个桥臂的下端连接在一起，高压直流母线不需要支撑电容。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李子欣，李耀华，王平，朱海滨，胜晓松，刘育红，武林，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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