三电平三相四桥臂变流器制造技术

本发明专利技术公开了一种三电平三相四桥臂变流器，包括有直流部分、变流部分、变流部分控制器、第四桥臂、第四桥臂控制器，变流部分为二极管钳位型三电平逆变器，第四桥臂为T型三电平结构，通过控制变流部分的前三个桥臂功率开关管的状态，实现直流侧和交流侧能量的交换；通过控制第四桥臂的功率开关管的状态，改变直流侧中性点电压，实现中性点电位的平衡。本发明专利技术的第四桥臂采用T型三电平拓扑，比二极管钳位式三电平逆变器少了2个钳位二极管，节约了成本，而且功率损耗比较均衡，效率更高；中点平衡的控制不受功率因数、调制度和调制策略的影响；由于直流侧中性点电压偏差的允许范围是可控的，可以根据实际工况调节允许范围的大小，提高系统的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子变流
，具体涉及一种三电平三相四桥臂变流器，特别适合基于电力电子变流技术和计算机控制技术相结合的光伏并网发电、风力发电等能量变换系统。
技术介绍
在追求低碳社会的今天，太阳能和风能作为清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。2006 2009年，全球太阳能光伏电池产量的年增长率为60%，2010年全球光伏发电市场规模达到15GW，全球有9个国家光伏发电市场规模超过250丽。与此同时，全球的风力发电产业也正以惊人的速度增长，从1996年起，全球累计风电装机容量连续13年增速超过20%，仅2009年，全球新增风力发电装机容量37500MW，全球风力发电总装机容量达到157900丽，增速为31%，预计到2012年，全球年新增风力发电装机容量将增加到 36. 1GW，风电机组累计装机容量将达到240GW。随着装机容量的不断增加，作为新能源系统能量变换的核心器件，变流器的容量和耐压等级的要求也越来越高，传统的两电平结构变流器无法满足要求。因此，多电平技术逐步成为了研究的热点。多电平变流器耐压等级高、电压应力低、电压和电流的畸变率低，但是随着电平数的增多，控制策略的复杂程度急剧增加。基于上述原因，三电平结构显示出极大的优越性。传统的三电平结构可以分为二极管箝位式、电容箝位式和级联式，其中二极管箝位式结构简单、应用广泛，得到了普遍的关注。然而，三电平结构也存在着固有的难题 直流侧电容中性点电压的漂移和波动问题。若能对其进行较好的控制，既减小了输出电流的谐波含量，又利于三相控制的解耦。到目前为止，国内外学者针对二极管箝位式三电平变流器的中点平衡问题提出了多种算法，但大多以调节正负冗余小矢量为手段，而且抑制效果与系统的功率因数、调制度和调制策略密切相关，应用范围受到了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过一种节约成本且高效率的三电平三相四桥臂的变流器，实现任意功率因数、任意调制度和任意调制策略下的中点电位的漂移和中点电位低频波动的抑制。本专利技术采用的技术方案是三电平三相四桥臂变流器，其特征在于，包括有直流部分、变流部分、变流部分控制器、第四桥臂、第四桥臂控制器，所述的直流部分包括有稳压源和两个分压电容C1、C2，分压电容C1、C2相互串联后与稳压源并联，电容Cl与电容C2的连接点记为直流侧中性点0 ;所述的变流部分包括有一个二极管钳位型三电平逆变器，二极管钳位型三电平逆变器包括有三个并联的三电平桥臂，三个三电平桥臂的中点依次记为A、B、C点，A、B、C三点作为三个交流电压输出端；所述的变流部分控制器包括有采样单元、同步单元、闭环控制单元、PWM信号发生单元一，电网电压、交流电压输出端的电流和直流部分的分压电容Cl、C2的电压分别接入采样单元的信号输入端，采样单元的信号输出端分别与同步单元、闭环控制单元连接，同步单元获取电网电压的同步角，用于坐标变换，闭环控制单元通过PI调节器的作用，完成对指令电流的无静差、快速的跟随，并产生三相正弦的调制波，闭环控制单元的信号输出端接入PWM信号发生单元一，PWM信号发生单元一输出控制变流部分的调制波和PWM信号；所述的第四桥臂包括有四个功率开关管SI、S2、S3、S4，四个续流二极管Dl、D2、D3、D4，滤波电感L，每个功率开关管的集电极与发射极之间连接一个续流二极管，续流二极管的方向与功率开关管的发射极同向，功率开关管SI、S4串联,功率开关管S2、S3串联，功率开关管S3的集电极与功率开关管SI、S4之间的连接点连接，功率开关管SI、S4之间的连接点还与电感L连接，电感L的另一端与功率开关管D2的集电极共同接入直流侧中性点O处；所述的直流部分、变流部分、第四桥臂依次并联；所述的第四桥臂控制器包括有比较单元、逻辑判断单元、比例环节、调制波生成单元和PWM信号发生单元二，直流部分的分压电容C1、C2的电压分别接入比较单元的信号输入端，比较单元通过比较分压电容Cl、C2电压的大小，得到直流侧中性点电压，并将其分别接入逻辑判断单元、比例环节，逻辑判断单元 通过比较直流侧中性点电压和允许波动范围的关系，得到三值逻辑函数Sv，并将其接入调制波生成单元，比例环节对直流侧中性点电压进行标么化处理后也接入调制波生成单元，调制波生成单元得到第四桥臂的调制波，并通过PWM信号发生单元二生成驱动第四桥臂的驱动信号，来控制直流侧中性点的电位。所述的第四桥臂包括有四个功率开关管SI、S2、S3、S4，四个续流二极管Dl、D2、D3、D4，滤波电感L，第四臂可以分成三个电流路径稳压源、功率开关管SI、电感L、续流二极管D3和分压电容C2构成Buck电路；分压电容C2、Cl、功率开关管S3、电感L和续流二极管Dl构成Boost电路；功率开关管S4、S2、续流二极管D4、D2和电感L构成续流回路。所述的第四桥臂控制器的PWM信号发生单元二生成驱动第四桥臂的驱动信号，来控制直流侧中性点的电位，其具体的脉冲分配过程是当直流侧中性点电压高于允许波动范围的上限时，第四桥臂控制器驱动Buck电路工作，调节直流部分的分压电容C2上的电压，以达到中点平衡；当直流侧中性点电压低于允许波动范围的下限时，第四桥臂控制器驱动Boost电路工作，将直流部分的分压电容C2上的能量间接的转移到直流部分的分压电容Cl上去，以达到中点平衡；当直流侧中性点电压偏差在允许的范围内时，第四桥臂控制器驱动续流回路工作，第四桥臂处于旁路状态，降低了开关损耗。本专利技术的有益效果在于本专利技术的第四桥臂采用T型三电平拓扑，比二极管钳位型三电平逆变器少了 2个钳位二极管，节约了成本，而且功率损耗比较均衡，效率更高；通过本专利技术的第四桥臂控制器的控制作用，直流侧中性点电压被控制在允许范围内，减小了输出电流的谐波含量，提高了输出波形的质量，避免了因某侧电容电压过高引起的功率开关管和电容的损坏；本专利技术的第四桥臂的控制与变流部分三相桥臂的控制完全独立，中点平衡的控制不受功率因数、调制度和调制策略的影响，应用范围更为广泛；由于直流侧中性点电压偏差的允许范围是可控的，可以根据实际工况调节本专利技术直流侧电压波动的允许范围，提高系统的效率。附图说明图I是本专利技术三相四桥臂三电平变流器的示意图。图2是本专利技术直流部分示意图。图3是本专利技术变流部分示意图。图4是本专利技术第四桥臂拓扑示意图。图5是本专利技术变流部分控制器示意图。图6是本专利技术第四桥臂控制器示意图。图7是本专利技术Sv=2时第四桥臂S1管开通电流路径示意图。图8是本专利技术Sv=2时第四桥臂S1管关断电流路径示意图。图9是本专利技术Sv=O时第四桥臂S4管开通电流路径示意图。图10是本专利技术Sv=O时第四桥臂S4管关断电流路径示意图。图11是本专利技术Sv=I时第四桥臂续流路径示意图。图12是本专利技术直流侧电压差与三值逻辑函数Sv关系示意图。图13是本专利技术第四桥臂调制波和PWM信号分配示意图。具体实施例方式下面结合说明书附图对本专利技术进行具体分析。如图1-13所示，三电平三相四桥臂变流器，包括有直流部分I、变流部分2、变流部分控制器3、第四桥臂4、第四桥臂控制器5，直流部分I包括有稳压源E和两个分压电容Cl、C2，分压电容Cl、C2相互串联后与稳压源E并联，电容Cl与电容C2的连接点记为直流侧中性点0 ;变流部分2包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平三相四桥臂变流器，其特征在于，包括有直流部分、变流部分、变流部分控制器、第四桥臂、第四桥臂控制器，所述的直流部分包括有稳压源和两个分压电容C1、C2，分压电容C1、C2相互串联后与稳压源并联，电容C1与电容C2的连接点记为直流侧中性点O；所述的变流部分包括有一个二极管钳位型三电平逆变器，二极管钳位型三电平逆变器包括有三个并联的三电平桥臂，三个三电平桥臂的中点依次记为A、B、C点，A、B、C三点作为三个交流电压输出端；所述的变流部分控制器包括有采样单元、同步单元、闭环控制单元、PWM信号发生单元一，电网电压、交流电压输出端的电流和直流部分的分压电容C1、C2的电压分别接入采样单元的信号输入端，采样单元的信号输出端分别与同步单元、闭环控制单元连接，同步单元获取电网电压的同步角，闭环控制单元产生三相正弦的调制波，闭环控制单元的信号输出端接入PWM信号发生单元一，PWM信号发生单元一输出控制变流部分的调制波和PWM信号；所述的第四桥臂包括有四个功率开关管S1、S2、S3、S4，四个续流二极管D1、D2、D3、D4，滤波电感L，每个功率开关管的集电极与发射极之间连接一个续流二极管，续流二极管的方向与功率开关管的发射极同向，功率开关管S1、S4串联，功率开关管S2、S3串联，功率开关管S3的集电极与功率开关管S1、S4之间的连接点连接，功率开关管S1、S4之间的连接点还与电感L连接，电感L的另一端与功率开关管D2的集电极共同接入直流侧中性点O处；所述的直流部分、变流部分、第四桥臂依次并联；所述的第四桥臂控制器包括有比较单元、逻辑判断单元、比例环节、调制波生成单元和PWM信号发生单元二，直流部分的分压电容C1、C2的电压分别接入比较单元的信号输入端，比较单元通过比较分压电容C1、C2电压的大小，得到直流侧中性点电压，并将其分别接入逻辑判断单元、比例环节，逻辑判断单元通过比较直流侧中性点电压和允许波动范围的关系，得到三值逻辑函数SV，并将其接入调制波生成单元，比例环节对直流侧中性点电压进行标幺化处理后也接入调制波生成单元，调制波生成单元得到第四桥臂的调制波，并通过PWM信号发生单元二生成驱动第四桥臂的驱动信号，来控制直流侧中性点的电位。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，邵章平，王付胜，杨淑英，谢震，李飞，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：