本发明专利技术公开了一种三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器及其控制方法，其基本级联单元由两个背靠背的单相桥式逆变器组成。一边单相桥式逆变器进行PWM整流稳压吸收能量，一边单相桥式逆变器进行PWM逆变释放能量，实现了有功能量的转移；将N个级联单元的输入级和输出级分别串联，通过采用多电平PWM调制技术实现输入级联型多电平PWM整流和输出级联型多电平PWM逆变。此种结构能直接实现高压交交变换，能够实现能量的双向流动，可以广泛应于高压变频。与传统的高压变频器相比，本发明专利技术的高压级联型AC-DC-AC双向变换器不需要移相变压器，可以直接进行高压变换，采用PWM整流技术，实现了高功率因数整流，提高了配电网的电能质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三相变换器，特别是一种大功率三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器及其控制方法。
技术介绍
传统的交流电压变换采用电磁变压器技术，低频电磁变压器广泛应用于工矿企业、科研院所和大学实验室等领域，实现了 AC/AC变压与电气隔离等功能，功率传递效率高。但传统的电磁变压器体积大且笨重、音频噪音大、无稳压功能、对非线性负载(如典型的二极管整流、电容滤波电路)供电时谐波污染电网现象严重，满足不了电气电子设备小型化的需要。随着电力电子技术的发展，各种功率变换装置应用而生。电力电子装置种类繁多，交流一交流变换(AC/AC变换)是一种用应很广泛的功率变换装置。利用半导体开关型电力变换电路，可以将一种频率、电压、波形的电能变换为另一种频率、电压、波形的电能，再对负载供电，可以大大提高用电效率和经济效益。AC/AC变换器主要可分为可控硅相控变频器、具有谐振交流环节的AC/AC变换器、矩阵变换器和间接AC-DC-AC变换器。尤其在大功率高压变频方面，间接AC-DC-AC型交交变换器是目前的主流交交变换技术。目前大功率高压变频的最通用结构是前级采用多重化整流，后级采用功率单元串联形成多电平输出。输入侧采用大功率移相降压变压器组，通过多重化移相整流方式，将三相高压交流转换成多个低压直流源，这样可有效降低不可控整流器对电网产生的谐波污染。输出侧采用PWM逆变器和多电平PWM调制技术，将多个低压功率单元串联实现高压输出，可适用于任何电压的普通电机。同时，在某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机所造成的损失。但是，该种结构仍然采用移相变压器，具有结构复 杂、体积大，效率低、可靠性差等缺点。前级采用不可控整流，会产生一定量的谐波电流，为抑制谐波分量而加装的滤波器还带来附加损耗，故其长期运行费用相对较高。同时有功能量不能双向流动，不能进行电机的能量回馈控制。随着高压变频技术的发展，特别是新的大功率可关断器件的成功研制和高压变频技术的发展，该种高一低一高变频调速方式由于其自身的缺点，在今后的发展中有被淘汰的趋势。图1为传统的输出单元级联型多电平高压变频器。该结构前级采用多重化整流，后级采用功率单元串联形成多电平输出是目前大功率高压变频的最通用结构。输入侧首先采用移相降压变压器组，通过移相方式实现多重化整流，将三相高压交流转换成多个低压直流源，这样可有效降低不可控整流器对电网产生的谐波污染。输出侧采用单相PWM逆变器将直流电转换成交流电，然后利用多电平PWM调制技术将多个低压的功率单元串联实现高压输出，可适用于任何电压等级的普通电机。该种结构仍然采用多个移相变压器，具有结构复杂、体积大，效率低、可靠性差等缺点。同时前级采用不可控整流，谐波含量高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器及其控制方法，减小变换器的体积和损耗，实现能量的高效变换与双向传输，降低谐波，提高电网的电能质量。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:一种三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器，包括三个输入滤波电感、输入侧三相级联型多电平PWM整流器、输出侧三相级联型多电平PWM逆变器和三个输出滤波电感，其特征在于，所述输入侧三相级联型多电平PWM整流器通过三个输入滤波电感连接电网，所述输出侧三相级联型多电平PWM逆变器通过三个输出滤波电感连接负载或者下级电网；所述输入侧三相级联型多电平PWM整流器的每一相由若干个级联单元的输入侧串联组成，所述三相输出侧级联型多电平PWM逆变器的每一相由所述若干个级联单元的输出侧串联组成，所述级联单元包括两个单相桥式逆变器，所述单相桥式逆变器的交流侧与隔离变压器连接，所述两个单相桥式逆变器的直流侧通过公共电容连接在一起。一种三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器的控制方法，该方法为:I)分别检测A、B、C三相级联单元直流侧电容电压的平均值Uavea、Uaveb、Uavec:Uavea= Σ Udan/N, Uaveb= Σ Udbn/N, Uavec= Σ udcn/N，其中 udxn, x e [a, b, c]分别表示 A, B, C 三相第n个级联单元的直流侧电压值，N为每相级联单元级联数量；2)将Α，B, C三相的级联单元直流侧电容电压参考信号<分别与Α，B, C三相的级联单元直流侧电容电压平均值相减，相减后的值进行PI调节后与Α，B，C三相级联单元的电压同步信号相乘，得到Α，B，C三相级联单元直流侧电容电压的调节指令ipa，ipb，ipc ；3)将直流侧电容电压的调节指令ipa，ipb，ipc分别与期望的三相无功和有功指令信号im，ifc，ira叠加，得到电流内环的参考指令信号/I，/；；4)将电流内环的参考指令信号ζ, ζ，<与检测到的三相输出电流ia，ib，i。相减，得到电流跟踪误差信号ea，eb, ec,电流跟踪误差信号ea，eb, ec经过PI调节后得到A，B，C三相的调制波信号ua，ub，u。；5)利用上述调制波信号ua，ub, Uc得到A，B, C三相的各级联单元实际调制波信号U、U=、U ; 6)将上述实际调制波信号U u；, <送入移相载波调制单元，得到A，B，C三相各个级联单元的PWM驱动信号，并驱动功率开关管输出期望的电压电流信号。所述步骤5)中，实际调制波信号<、u和<的计算过程如下:I)将检测到的A，B, C三相级联单元直流侧电容电压平均值Uavex, X e [a, b, c]分别与每相内第η个级联单元直流侧电容电压udm，x e [a, b, c]相减后进行P调节，然后与每相的电压同步信号synx，X e [a, b, c]相乘，得到每相第η个级联单元的直流侧电容电压调节指令 Διιχη，χ e [a, b, c]；2)将直流侧电容电压调节指令Λ uxn, X e [a, b, c]叠加到每相的调制波信号ua，ub，U。上，得到每相的第η个级联单元的实际调制波信号U!，u:, u::uI =Oa +Aal，…為 +Δμ训，...，<, +O ’ % = (nh+Auhl,...yub +Aubn,...,Ub +Aum)，u* = (uc +Aucl,...^+Aucn,...,Uc +Aiicn);其中efaAc]:分别表示 A，B, C 三相的第 η 个级联单元的实际调制波信号。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为:本专利技术的三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器由输入级联型多电平PWM整流器和输出级联型多电平PWM逆变器组成，输入和输出可以直接进行高压变换，无需移相降压变压器，能大大减少装置的体积和损耗，实现能量的高效变换与传输；由于输入和输出均采用的PWM变换技术，可以实现系统的四象限运行，实现有功能量的双向变换，同时采用PWM整流技术实现了输入级的高功率因数整流，大大减小了变换器的谐波污染，改善了电网的电能质量。附图说明图1为传统的输出单元级联型多电平高压变频器结构意图2为本专利技术一实施例三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器拓扑结构图3为本专利技术一实施例级联单元电路图4为本专利技术一实施例三相高压级联型本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三相高压级联型AC?DC?AC双向变换器，包括三个输入滤波电感、输入侧三相级联型多电平PWM整流器、输出侧三相级联型多电平PWM逆变器和三个输出滤波电感，其特征在于，所述输入侧三相级联型多电平PWM整流器通过三个输入滤波电感连接电网，所述输出侧三相级联型多电平PWM逆变器通过三个输出滤波电感连接负载或者下级电网；所述输入侧三相级联型多电平PWM整流器的每一相由若干个级联单元的输入侧串联组成，所述三相输出侧级联型多电平PWM逆变器的每一相由所述若干个级联单元的输出侧串联组成，所述级联单元包括两个单相桥式逆变器，所述单相桥式逆变器的交流侧与隔离变压器连接，所述两个单相桥式逆变器通过直流侧电容连接。
【技术特征摘要】
1.一种三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器，包括三个输入滤波电感、输入侧三相级联型多电平PWM整流器、输出侧三相级联型多电平PWM逆变器和三个输出滤波电感，其特征在于，所述输入侧三相级联型多电平PWM整流器通过三个输入滤波电感连接电网，所述输出侧三相级联型多电平PWM逆变器通过三个输出滤波电感连接负载或者下级电网；所述输入侧三相级联型多电平PWM整流器的每一相由若干个级联单元的输入侧串联组成，所述三相输出侧级联型多电平PWM逆变器的每一相由所述若干个级联单元的输出侧串联组成，所述级联单元包括两个单相桥式逆变器，所述单相桥式逆变器的交流侧与隔离变压器连接，所述两个单相桥式逆变器通过直流侧电容连接。2.根据权利要求1所述的三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器，其特征在于，所述单相桥式逆变器为单相全桥逆变器或单相半桥逆变器。3.—种权利要求1或2所述三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器的控制方法，其特征在于，该方法为: 1)分别检测A、B、C三相级联单元直流侧电容电压的平均值Uavea、Uaveb、Uavec:Uavea= Σ Udan/N, Uaveb= Σ Udbn/N, Uavec= Σ udcn/N，其中 udxn, x e [a, b, c]分别表示 A, B, C 三相第n个级联单元的直流侧电压值，N为每相级联单元级联数量； 2)将Α，B，C三相的级联单元直流侧电容电压参考信号分别与Α，B，C三相的级联单元直流侧电容电压平均值相减，相减后的值进行PI调节后与Α，B，C三相级联单元的电压同步信号相乘，得到Α，B，C三相级联单元直流侧电容电压的调节指令ipa，ipb，ipc ； 3)将直流侧电容电压的调节指令ipa，ipb，ip。分别与期望的三相无功和有功指令信号im，ifc，叠加，...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，马伏军，刘月华，何志兴，胡龙，熊桥坡，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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