[發明專利]二極管箝位型多電平變換器直流電容均壓控制電路及其均壓控制方法

無效

• 申請號: 201110200203.1
• 申請日: 2011-07-17
• 公開（公告）號: CN102255547A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 舒澤亮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及一種二極管箝位型多電平變換器的直流電容電壓的均壓控制電路及其控制方法。

背景技術

二極管箝位式多電平變換器利用多個串聯的直流電容接在直流側兩端，同時，變換器每個橋臂的多個串聯開關器件通過二極管連接在每個直流電容上，即通過二極管將開關器件的電壓箝位到連接的一個直流電容電壓上，將直流母線電壓分為多個電平。因此，每個橋臂的多個開關器件在不同的開關組合下可向交流側輸出不同電平的電壓信號。通過各種PWM(Pulse?Width?Modulation，脈寬調制)調制方法，二極管箝位式多電平變換器將多個電平輸出信號合成調制信號，電平數越多，變換器輸出的交流電壓越逼近調制信號。

但是，在二級管箝位多電平變換器中，各個電容器上輸出不相等的功率將導致電容器上的電壓不相等，即出現所謂的電容電壓不平衡問題。通過優化的PWM調制方法，直流電容在一定條件下能夠實現電壓平衡與穩定，其平衡與穩定的條件與負載電流的相角有關。當多電平變換器傳遞純有功電流時，即負載電流角度在0度附近時，為保證直流電壓穩定，要求PWM調制深度不大于0.55，極大的限制二極管箝位電路在有功傳遞領域的應用。如果調制度過大將導致直流電容電壓的不平衡。直流電壓不平衡的結果是：多電平變換器最終退化成兩電平變換器，同時失去多電平所具有的諸多優點，各個器件耐壓不均衡，甚至影響變換器的自身運行安全。

發明內容

本發明的第一個目的就是提供一種二極管箝位型多電平變換器的直流電容電壓的均壓控制電路。該電路能夠在任意功率因數條件下，特別是在傳遞有功電流時，實現直流電容的電壓均壓與穩壓，使得變換器的PWM調制深度不再受直流電壓穩定條件的限制，保證在任意調制深度條件下實現有功或無功的傳遞。且其結構簡單，成本低，可靠性強。

本發明實現其第一個發明目的所采用的技術方案是：一種二極管箝位型多電平變換器直流電容電壓的均壓控制電路，包括二極管箝位型多電平變換器的多個直流電容C1n，n＝1、2、3...N，其特征是：所述的多個直流電容C1n中的每個直流電容均與相應的輔助開關器件組并聯，所述的輔助開關器件組由2只輔助開關器件Sna、Snb，n＝1、2、3...N串聯組成；相鄰的兩輔助開關器件組的中點連接輔助直流電容C2n，n＝1、2、3...N；輔助開關器件Sna、Snb的控制端則與輔助控制模塊相連。

本發明的第二個目的就是提供一種使用上述二極管箝位型多電平變換器直流電容電壓的均壓控制電路實現直流電容電壓均壓的控制方法，該方法能夠簡單有效的實現二極管箝位型多電平變換器直流電容電壓的均衡與穩定。

本發明實現其第二個發明目的，所采用的技術方案是：在一個調制周期的前半段，輔助控制模塊控制不相鄰的輔助開關器件Sna全部導通，其余的輔助開關器件Snb全部關斷；調制周期的后半段，輔助控制模塊使開關器件開關狀態對調，即前半段開通的開關器件Sna此時關斷，前半段關斷的開關器件Snb此時開通。

本發明的具體工作原理是：

一個周期前半段不相鄰的開關器件全部導通，其余的開關器件全部關斷。假設每個開關組中與直流電容正極端連接的開關器件Sna，n＝1、2、3...N導通，此時從直流電壓正極端算起，第一、第二、第三...第N-1個(N為多電平變換器的直流電容數)直流電容C11、C12、C13...C1N-1分別與第一、第二、第三...第N-1個輔助電容C21、C22、C23...C2N-1導通進行均壓；后半段則為每個開關組中與直流電流負極端側的開關器件Snb，n＝1、2、3...N導通，此時第二、第三...第N個直流電容C12、C13...C1N分別與第一、第二、第三...第N-1個輔助電容導通進行均壓。

因此，在一個PWM周期的前后段時期內，每一個輔助直流電容C2n-1將分別通過相連接的輔助開關器件組的兩個開關Sna、Snb與相鄰的2個直流電容C1n-1、C1n相連，從而實現了對2個直流電容電壓C1n-1、C1n的均壓，也即相鄰的任一直流電容C1n通過輔助電容C2n-1實現均壓。經過M個PWM周期后，從直流電壓正極端算起，第一個直流電容C11總共完成了M*N次均壓，其他直流電容C1n和輔助電容C2n總共完成了2M*N次均壓。足夠長時間后所有直流電容C1n最終都將和所有輔助電容C2n的電壓趨于同一值，即實現直流電容電壓的穩壓與均壓。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：