[發明專利]采用H橋的多電平功率轉換器或逆變器裝置

無效

• 申請號: 201110463059.0
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102570491A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 米格爾·阿爾瓦爾·馬約爾;安德烈斯·阿古多·阿拉克
• 申請（專利權）人: 歌美颯創新技術公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/28;H02M5/458
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;王智

技術領域

本發明涉及一種用于發電機的多電平功率轉換器拓撲結構和裝置，優選地用于風力輪機應用中。

背景技術

已知有多種電壓源轉換器采用H橋拓撲結構。H橋被用于獲得多電平波形。H橋由多個不同的開關元件來驅動。所述開關的打開和閉合狀態決定了連接到其上的負載繞組的輸出電壓。然而，它們的使用僅限于DC/DC轉換器系統應用或者單相AC應用中。

對于串聯有源濾波器、動態電壓恢復器和靜態同步補償器(statcom)相關的應用場合，已知的具有H橋拓撲結構和架構的三相應用采用AC側絕緣變壓器應用結構。

這些應用已經在多篇公開文獻中有所描述。串聯有源濾波器可在F.Z.Peng，H.Agaki，A.Nabase的公開文章“A?new?approach?to?harmonic?compensation?in?powersystems-a?combined?system?of?shunt?passive?and?series?active?filters”中找到，該文章發表于IEEE?Trans.on?Ind.Applications，第26卷，第6期，第983-990頁，1990年11月/12月。

動態電壓恢復器已在H.Kim，S.K.Sul的公開文章“Compensation?voltagecontrol?in?dynamic?restorers?by?use?of?feed?forward?and?state?feedback?scheme”中有所描述，該文章發表于IEEE?Trans.on?power?electronics，第20卷，第5期，第1169-1177頁，2005年9月。

現有技術中的例子給出了電壓型多電平轉換器的拓撲結構，這種結構需要采用大量的元件，并且難以實現和控制。此外，所述裝置還要求具有高直流電壓值的共用DC鏈路之間的相互作用。

現有技術中采用的兩電平拓撲結構表現出過度的諧波特性。其中的總諧波畸變(THD)達不到這種系統的最佳要求。本發明的一個目的是，提供一種用于發電機的功率轉換器拓撲結構和裝置，優選地用于風力輪機應用場合，其表現出最佳的諧波減小特性，并且它還具有簡單的結構和拓撲構造。

本發明的另一個目的是，提供一種多電平轉換器和逆變器拓撲結構，其可采用獨立于所選擇電平數目的控制算法、方法和硬件。因此，進一步的優點是，現有的控制系統可重新用于這種新的拓撲結構。

此外，本發明的另一個目的是，提供一種多電平裝置，其需要較少數目的DC母線。理想狀態下，設置為共用DC鏈路的單DC母線就足以滿足要求。

發明內容

本發明設計一種具有變壓器和功率轉換器或逆變器的多電平(level)電壓裝置，該功率轉換器或逆變器包括連接到電源的一個或多個共用DC鏈路，其中所述裝置包括至少一組連接到所述共用DC鏈路的H橋。每個所述H橋包括至少一個第一節點和第二節點，以及至少一個變壓器包括初級側，該初級側具有至少一個繞組，該繞組具有設計為開口端結構并且可從變壓器的外部接觸到的第一端和第二端。該裝置進一步具有連接到所述H橋的第一節點的所述繞組的第一端，以及具有連接到所述第二輸出節點的所述繞組的第二端。還設置一種控制裝置，該控制裝置適于控制這些H橋，以在所述H橋的第一節點和第二節點之間獲得多電平電壓信號。

術語功率轉換器應當被廣義地理解為包括功率逆變器。一般地，DC和AC系統之間的任何轉換都應落在本術語的定義范圍內，而不管相應的功率輸入或功率輸出具有何種頻率或波形。

該功率裝置還可包括適于在所述H橋的第一節點和第二節點之間實現三電平電壓輸出的控制裝置。進一步的，系統的功率裝置可被構建為單DC母線。進一步的，共用DC鏈路可具有適于連接到DC電源的輸入端，該DC電源優選地被構建為一個或多個太陽能電池。

在所述第一組H橋的第一和第二節點與所述變壓器繞組的第一和第二端之間，可以設置電感濾波器。所述濾波器減小瞬態、尖峰以及不希望的諧波特性或THD。

背靠背拓撲結構具有特有的優點。它們具有第二組H橋，該H橋具有可連接到繞組對應于發電機的第一和第二端的第一和第二節點，其中所述第二組H橋連接到所述共用DC鏈路，以與所述第一組H橋實現背靠背結構。

變壓器一般具有次級側，該次級側優選地包括三角形或星形結構的繞組，它們可直接地連接到輸電線或輸電網。