[實用新型]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裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120252318.0
• 申請日: 2011-07-17
• 公開（公告）號: CN202183739U
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒澤亮
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及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裝置。

背景技術(shù)

二極管箝位式多電平變換器利用多個串聯(lián)的直流電容接在直流側(cè)兩端，同時，變換器每個橋臂的多個串聯(lián)開關(guān)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(guān)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(guān)器件在不同的開關(guān)組合下可向交流側(cè)輸出不同電平的電壓信號。通過各種PWM(Pulse?Width?Modulation，脈寬調(diào)制)調(diào)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(diào)制信號，電平數(shù)越多，變換器輸出的交流電壓越逼近調(diào)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(dǎo)致電容器上的電壓不相等，即出現(xiàn)所謂的電容電壓不平衡問題。通過優(yōu)化的PWM調(diào)制方法，直流電容在一定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)電壓平衡與穩(wěn)定，其平衡與穩(wěn)定的條件與負(fù)載電流的相角有關(guān)。當(dāng)多電平變換器傳遞純有功電流時，即負(fù)載電流角度在0度附近時，為保證直流電壓穩(wěn)定，要求PWM調(diào)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(lǐng)域的應(yīng)用。如果調(diào)制度過大將導(dǎo)致直流電容電壓的不平衡。直流電壓不平衡的結(jié)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(yōu)點，各個器件耐壓不均衡，甚至影響變換器的自身運(yùn)行安全。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的就是提供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裝置。該裝置能夠在任意功率因數(shù)條件下，特別是在傳遞有功電流時，實現(xiàn)直流電容的電壓均壓與穩(wěn)壓，使得變換器的PWM調(diào)制深度不再受直流電壓穩(wěn)定條件的限制，保證在任意調(diào)制深度條件下實現(xiàn)有功或無功的傳遞。且其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性強(qiáng)。

本實用新型實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)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裝置，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(yīng)的輔助開關(guān)器件組并聯(lián)，所述的輔助開關(guān)器件組由2只輔助開關(guān)器件Sna、Snb，n＝1、2、3...N串聯(lián)組成；相鄰的兩輔助開關(guān)器件組的中點連接輔助直流電容C2n，n＝1、2、3...N；輔助開關(guān)器件Sna、Snb的控制端則與輔助控制模塊相連。

本實用新型的均壓控制裝置實現(xiàn)二極管箝位型多電平變換器直流電容電壓均壓控制的工作過程：

在一個調(diào)制周期的前半段，輔助控制模塊控制不相鄰的輔助開關(guān)器件Sna全部導(dǎo)通，其余的輔助開關(guān)器件Snb全部關(guān)斷；調(diào)制周期的后半段，輔助控制模塊使開關(guān)器件開關(guān)狀態(tài)對調(diào)，即前半段開通的開關(guān)器件Sna此時關(guān)斷，前半段關(guān)斷的開關(guān)器件Snb此時開通。

其具體工作原理是：

一個周期前半段不相鄰的開關(guān)器件全部導(dǎo)通，其余的開關(guān)器件全部關(guān)斷。假設(shè)每個開關(guān)組中與直流電容正極端連接的開關(guān)器件Sna，n＝1、2、3...N導(dǎo)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(shù))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(dǎo)通進(jìn)行均壓；后半段則為每個開關(guān)組中與直流電流負(fù)極端側(cè)的開關(guān)器件Snb，n＝1、2、3...N導(dǎo)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(dǎo)通進(jìn)行均壓。

因此，在一個PWM周期的前后段時期內(nèi)，每一個輔助直流電容C2n-1將分別通過相連接的輔助開關(guān)器件組的兩個開關(guān)Sna、Snb與相鄰的2個直流電容C1n-1、C1n相連，從而實現(xiàn)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(xiàn)均壓。經(jīng)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(xiàn)直流電容電壓的穩(wěn)壓與均壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

一、由均壓控制裝置實現(xiàn)主電路直流電容的均壓與穩(wěn)壓，因此與主電路的PWM調(diào)制方法和控制方法無關(guān)，不影響現(xiàn)有主電路和控制原理，可用于任一電平、任一結(jié)構(gòu)的二極管箝位變換器的改造和新造，使用范圍廣，實施方便容易。