一种用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器技术

本发明专利技术公开一种用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器，包括：将M个三相低压逆变电路的输入设为电气彼此隔离的直流电压；各低压逆变电路的三相输出电压，分别直接串联或经过变压器耦合串联到对应相，以获得三相高压交流输出；将三个三相低压逆变电路的三相输出中的两相分别直接串联到对应相的高压交流输出端，然后将所述三个低压逆变电路的该两相输出的公共输出端分别作为高压逆变电路的三相输出端；再将各三相低压逆变电路分别通过脉冲宽度调制PWM的方式，将输入的直流电压逆变成三相对称的PWM交流输出电压。采用本发明专利技术，能够实现任意三个及三个以上的三相低压逆变器输出经变压器耦合串联的高压交流输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子技术，尤其涉及一种用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器，具体为由多个三相低压逆变电路的输出通过变压器耦合串联获得高压交流电的三相电力逆变方法、电路和基于这种方法、电路的高压变换器。
技术介绍
作为电力节能技术的重要组成部分，高压电力变换技术正日益受到广泛关注。作为电力变换的核心部件，固态电力电子开关如绝缘栅极三极管(IGBT)的电压等级已达6500V，能够实现交流2500V以下的电力转换，但对于更高的电网电压，电力转换仍然无法直接进行。 电力变换的方法，包括“交流-直流”(整流)的方法和“直流-交流”(逆变)的方法。受电力电子开关耐压及成本限制，在中、高电压的场合，普遍采用单元串联多重化脉冲宽度调制(PWM)高压逆变方法。这种逆变方法将彼此隔离的多路低压直流电逆变成同样路数的低压单相交流电，这些低压单相交流电又被分成对称的三组，各组的各路单相交流电依次串联可以获得单相高压交流电压输出，三路高压交流高压输出的一端连接在一起，另外一端分别作为高压交流电压的三个输出端。借助一定的低压逆变器的PWM分配策略，即可在三个输出端获得三相对称的的多电平高压交流电压。采用这种逆变方法的高压逆变器输出电压波型好、输出电压变化率低、材料成本低、维护方便。但是，由于各低压逆变器都是单相输出，而各路低压直流电压往往是经过整流、滤波得到的，当输出频率较低时，直流电压的波动较大，导致输出谐波电流增大，如果高压变换器的负载是电动机，还会影响到电机的启动性能和低速运转性能。增大直流滤波电容虽然可以改善，但这同时会恶化变换器的输入电流特性。另外，低压变换器的前级滤波电容容量大、价格高、寿命短，不但使高压逆变器成本上升，而且也增加了实际使用过程中的维护工作量。针对单元串联多重化PWM高压逆变方法的上述不足，1998年E. Cengelci在“A NewMedium-voltage PWM Inverter Topology for AdjustabIe-speed Drives, IEEE PaperNo. IPCSD 98-83”中提出了一种三相低压逆变器输出通过变压器耦合串联提高输出交流电压的中压逆变器主电路设计。图IA为该中压逆变器的主电路接线示意图，上述中压逆变器包括三个三相低压逆变器(属于低压变换器)2々、28、2(和三个单相变压器31、32、33。三个三相低压逆变器(如2A)的直流输入彼此隔离、电压相等(如Vdca);各低压逆变器(如2A)将低压直流电压(如VDeA)逆变成所需要的三相交流电；各个低压变换器2A、2B、2C的逆变桥都采用PWM控制，各逆变桥中对应开关的PWM信号基准波相同，载波波形相同而相位彼此相差120° ;各三相低压变换器(如2A)分别有一个输出端(如ul)作为中压逆变器的输出连接到负载，如电机5 ;其它两个输出端(如vl和wl)则连接输出耦合变压器(如32、33)。其中，图IA中的三个单相耦合变压器31、32、33匝比都是I : 1，并分别工作于三相低压变换器的w-u、v-w, U-V相，所以可以用一个三相变压器3A来加以实现，如图IB所示，该三相变压器的功率只相当于中压逆变器输出功率的1/3。借助上述低压逆变器输出的变压器耦合串联方式，中压变换器的输出电压分别为Uuv — Uuvi+Um^Uuv3,Uvw = Uvffl+Uvff2+Uvff3,Um = Uffui+Uffu^Uffu3 ;从而使输出得以提高。所述各低压逆变器采用错相调制，各低压逆变器的输出电压纹波能够相互抵消，使得中压逆变器能够实现多电平输出，这样，不仅降低了输出电流纹波，也降低了输出电压 的变化率。上述三相低压逆变器输出变压器耦合串联的中压逆变器直接采用三相逆变，改善了单元串联多重化PWM高压逆变器的单相逆变导致的直流电压波动问题，进而可以降低逆变器中前级滤波电容的数量。但缺点是只能实现三级叠加，难以由低压逆变器直接实现高压电力逆变。若通过上述三相低压逆变器输出变压器耦合串联的嵌套方式获取高压输出，如图2所示，即先由九个三相低压逆变器2A 21的输出借助三个三相耦合变压器3A、3B、3C耦合串联实现三个中压逆变器，三个中压逆变器的输出再经过一级三相变压器3D耦合串联的方式获得高压输出，则耦合变压器数量增多至4个，变压器的种类增加到2种(变压器3A 3C功率为高压逆变器输出功率的1/9，变压器3D功率为高压逆变器功率的1/3)，总功率提高到主变压器的2/3，这样，不仅增大了成本，而且只能实现3、9、27...个三相低压逆变组合,应用不够灵活。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种用低压逆变实现高压逆变的方法、电路和高压变换器，以克服单元串联多重化PWM高压逆变方法和现有三相低压逆变器输出经三相变压器耦合串联的中压逆变方式的诸多不足，能够实现任意三个及以上的三相低压逆变输出经变压器耦合串联的高压交流输出。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的一种利用低压逆变实现高压逆变的方法，该方法包括如下步骤A、将M个三相低压逆变电路的输入设为电气彼此隔离的直流电压；B、各低压逆变电路的三相输出电压，分别直接串联或通过单相变压器耦合串联到对应相，以获得三相高压交流输出；所述各低压逆变电路的输出端之间通过单相变压器的绕组连接；C、将三个三相低压逆变电路的三相输出中的两相分别直接串联到对应相的高压交流输出端，然后将所述三个低压逆变电路的该两相输出的公共输出端分别作为高压逆变电路的三相输出端；D、最后，再将各三相低压逆变电路分别通过脉冲宽度调制PWM的方式，将输入的直流电压逆变成三相对称的PWM交流输出电压，各个三相低压逆变电路对应输出的交流PWM电压基准波相同，载波波形相同、相位依次相差360° /M ;其中，M为大于或等于3的自然数。其中，步骤B所述获得三相高压电流输出，具体为BI、将所述M减MOD (M，3)个低压逆变电路的部分输出相直接串联到对应相高压交流输出，其余输出相经过单相变 压器耦合隔离后串联到对应相高压交流输出，所述MOD (M，3)表示M除以3的余数；B2、如果低压逆变电路的个数M不是3的整数倍，还存在其余的低压逆变电路，其所有三个输出相分别经过单相变压器耦合隔离后串联到对应相高压交流输出。所述的单相变压器结构相同，将分别属于不同输出相的3个所述单相变压器组合成一个三相变压器，若全部采用所述三相变压器实现耦合隔离，则至少需要Ceil (2M/3)减I个三相变压器；其中，M为大于或等于3的自然数，所述CeilO为天花板函数，表示对实数向大取整。一种利用低压逆变实现高压逆变的电路，所述电路包括M个三相低压逆变电路、Ceil (2M/3)减I个三相变压器；所述各三相低压逆变电路的输入电压为直流，且彼此之间电气隔离；将所述M个三相低压逆变电路最多分成3组第一组包括3个三相低压逆变电路，其中各低压逆变电路分别有两个输出相直接串联到高压逆变电路的对应相输出，其余的一个输出相分别经过三相变压器耦合隔离后串联到高压逆变电路的对应相输出中；如果M不是3的整数倍，低压逆变电路还存在第二组，包括MOD (M，3)个低压逆变电路，所述M0D(M，3)表示M除以3的余数；第二组各个低压逆变电路的三相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用低压逆变实现高压逆变的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：A、将M个三相低压逆变电路的输入设为电气彼此隔离的直流电压；B、各低压逆变电路的三相输出电压，分别直接串联或通过单相变压器耦合串联到对应相，以获得三相高压交流输出；所述各低压逆变电路的输出端之间通过单相变压器的绕组连接；C、将三个三相低压逆变电路的三相输出中的两相分别直接串联到对应相的高压交流输出端，然后将所述三个低压逆变电路的该两相输出的公共输出端分别作为高压逆变电路的三相输出端；D、最后，再将各三相低压逆变电路分别通过脉冲宽度调制PWM的方式，将输入的直流电压逆变成三相对称的PWM交流输出电压，各个三相低压逆变电路对应输出的交流PWM电压基准波相同，载波波形相同、相位依次相差360°/M；其中，M为大于或等于3的自然数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李永盼，
申请(专利权)人：李永盼，
类型：发明
国别省市：