[發明專利]一種共直流母線的高壓變頻器

無效

• 申請號: 201210590790.4
• 申請日: 2012-12-29
• 公開（公告）號: CN103138675A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 郭自勇;孫賢大;王緒寶;呂亞東;楊洋;張坤;楊永飛;吳然;孔祥聲;石華楷
• 申請（專利權）人: 遼寧榮信眾騰科技有限公司
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及一種共直流母線高壓變頻器，特別涉及電機溫升實驗和電機調速用途的高壓變頻器。

背景技術

如今異步電機的溫升實驗越來越多的采用高壓變頻器來進行疊頻實驗。由電機原理可知，疊頻實驗時變頻器同時發出主頻F1的電壓U1和副頻F2的電壓U2，此時被試電機周期性工作在電動和發電狀態。常規的四象限高壓變頻器在進行疊頻實驗時，由全控整流橋來平衡各個單元的直流電壓，被試電機工作在電動狀態時變頻器從電網抽取能量，反之變頻器向電網回饋能量。

在工業電網的弱端（10kV電網，7MW電網容量）的電機試驗站需進行大功率的電機疊頻實驗時，由于四象限高壓變頻器向電網側抽取或者回饋的能量過大而破壞了電網電壓穩定，致使其他用電設備無法工作。

MMC(Modular?Multilevel?Converter)是一種模塊化多電平變換器，具有公共的直流端，滿足本方案的需求。

發明內容

本專利提出的拓撲方案很好的滿足了弱電網端電機試驗站的要求。利用多繞組移相變壓器多組輸出，二極管整流電容串聯形成的共直流母線來儲存電機疊頻實驗時抽取和回饋的能量，這部分能量不再由電網承擔從而消除電機試驗對電網的污染。基于MMC拓撲的逆變器具有公共的直流端，本方案在逆變側采用MMC拓撲方案。公共直流母線上可以接多組逆變器同時對多臺電機進行試驗。

本方案的目的是提供一種高壓變頻器，可以在電網的弱端進行大功率的電機疊頻實驗，不對電網造成污染。該方案提供了一種具有共直流母線的電壓源型高壓-高壓變頻器，并網側采用不控整流，電網能量單相流動保證了在電機試驗時不會電網造成污染；高壓直流母線上的逆變器可以接一臺或多臺逆變器，視電機試驗站的需求靈活配置。滿足了電機做疊頻實驗時不對電網造成沖擊；一個整流單元可帶多臺逆變器進行電機試驗，實現了變頻電源的緊湊型和靈活性。滿足弱電網端進行電機試驗的苛刻要求，保障設備運行安全。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種共直流母線的高壓變頻器，其特征在于，包括充電電路、移相變壓器、三相二極管整流橋、高壓直流母線、基于MMC拓撲的的逆變器，移相變壓器原邊通過充電電路與電網相連，移相變壓器的每個副邊輸出繞組與三相二極管整流橋相連，每個二極管整流橋的輸出電容串聯起來形成高壓直流母線，高壓直流母線與1臺或多臺基于MMC拓撲的逆變器公共直流端相連接，逆變器的輸出端接被試電機，實現電機的疊頻實驗和變頻調速功能；所述高壓變頻器的工作過程是：裝置啟動時閉合斷路器K1，斷開斷路器KM，通過充電電阻向整流電路充電，逆變側封鎖脈沖；待直流電壓建立起來后再閉合斷路器KM將充電電阻旁路，逆變電路此時的單元模塊電壓只有正常工作時的一半，逆變電路啟動充電控制邏輯，將模塊電壓抬高到正常工作電壓時充電過程結束。

所述的移相變壓器輸出端經三相二極管整流橋后可在輸出電容上形成2kV直流電壓，經過12個輸出電容串聯形成24kV直流母線。

所述的逆變器采用MMC拓撲結構，該拓撲是由模塊化多電平級聯組成，每相分為上下半橋，每個半橋有n個模塊和一個電感，上下半橋的電感的中間點作為逆變器的輸出；利用模塊化多電平級聯的方式形成高壓直流公共端，通過均壓控制使各個模塊的電壓平衡，均分直流公共端的電壓。

所述的基于MMC拓撲的的逆變器，在常規疊頻控制或者變頻調速控制生成的調制波后，附加環流控制和模塊電壓平衡控制功能。

與現有技術相比，本發明的有益效果是:?

1）本發明提供了一種在弱電網條件下用高壓變頻器對大功率異步電機進行疊頻實驗的解決方案，滿足在弱電網下的電機試驗站的特殊要求。

2）利用移相變壓器的多個副邊繞組，通過整流輸出電容的串聯以建立高壓直流母線，在二極管耐壓等級有限的條件下利用串聯結構建立24kV的直流母線。

3）逆變器采用模塊化多電平的拓撲結構，使逆變器具有公共的直流母線，進而實現了多臺逆變器可以并聯在直流母線上，打破了傳統變頻器整流器和逆變器是一對一的結構，實現了結構的集約化和緊湊型，提高了功率密度。在需要多臺高壓變頻器的場合可以只有一個整流單元，降低了設備的整體成本。

4）本系統對逆變器的控制包含輸出電壓控制和MMC平衡控制，輸出電壓控制可以實現雙頻率輸出的疊頻實驗和電機調速控制；MMC平衡控制添加在基礎調制波上以實現各單元電壓的平衡和橋臂環流控制，保障系統連續可靠運行。

附圖說明

圖1是共直流母線高壓變頻器系統結構；