[發明專利]一種多電平變換器直流電容組的均壓電路

有效

• 申請號: 201710532777.6
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107482943B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 葛瓊璇;崔冬冬
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M1/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種多電平變換器直流電容組的均壓電路，所述多電平變換器可輸出m個電平，m≥3，其直流電容組由m?1個直流電容C_i串聯構成，i＝1,2,…,m?1，配置m?2個均壓電路單元，實現多電平變換器多個直流電容的電壓平衡。直流電容組的任意兩個相鄰電容均與一個均壓電路單元相連。根據限流電感的電流方向，當輔助均壓電容電壓大于其參考電壓時，使輔助均壓電容通過限流電感向直流電容組放電；當輔助均壓電容電壓小于其參考電壓時，使直流電容組通過限流電感向輔助均壓電容充電，進而實現直流電容組的電壓平衡控制。采用所提出的具備過電流限制能力的控制算法，該均壓電路可以在任意調制比和功率因數下，保證多電平變換器直流電容組的電壓平衡。

技術領域

本發明涉及一種多電平變換器直流電容組的電壓平衡裝置，尤其涉及一種二極管鉗位型多電平變換器的直流電容組的電壓平衡裝置。

背景技術

二極管鉗位型多電平變換器的直流電容組由多個串聯的直流電容構成，該直流電容組的兩端與直流電源相連，電容之間的公共連接點為懸浮節點，懸浮節點與多電平變換器的鉗位二極管網絡相連。多電平變換器的橋臂由多個串聯連接的功率開關器件和相應的鉗位二極管網絡組成，功率開關器件的控制端與多電平變換器的控制裝置相連。通過控制裝置改變橋臂的功率開關器件的開關狀態，可以在橋臂的輸出端得到經直流電容組分壓產生的多個電平值。

由于二極管鉗位型多電平變換器直流電容組的內外側電容固有的不對稱性，使得當直流電容組與負載之間傳遞有功功率時，直流電容之間的電壓會失去平衡。這會導致功率開關器件和鉗位二極管的電壓應力上升、輸出波形質量下降，威脅二極管鉗位型多電平變換器的安全運行。基于改進調制算法的均壓方法，會降低二極管鉗位型多電平變換器調制和控制的自由度，且不能在任意調制比和負載條件下均保證可靠均壓。引入適當的均壓電路，可以在保持二極管鉗位型多電平變換器調制和控制自由度的前提下，為二極管鉗位型多電平變換器提供安全可靠的電壓平衡能力。

文獻[1](Akagi H,Fujita H,Yonetani S,et al.A6.6-kV transformerlessSTATCOM based on a five-level diode-clamped PWM converter:System design andexperimentation of a 200-V 10-kVA laboratory model[J].IEEE Transactions onIndustry applications,2008,44(2):672-680.)提出一種用于五電平二極管鉗位型多電平變換器的均壓電路，實現直流電容組的電壓平衡。該均壓電路由兩個結構完全相同的均壓電路單元組成。每個均壓電路單元基于H半橋，通過一個儲能電感實現兩個相鄰直流電容器之間的能量傳遞，進而實現兩個相鄰直流電容器的電壓平衡。該電路的缺點為：(1)均壓電路單元中的功率開關器件需要串聯使用，來承受高電壓；(2)儲能電感兩端的電壓應力大，因此需要設置較大的儲能電感，來限制儲能電感電流的變化率。

為減小上述文獻[1]的均壓電路單元功率開關器件的電壓應力，文獻[2](ShuklaA,Ghosh A,Joshi A.Flying-capacitor-based chopper circuit for DC capacitorvoltage balancing in diode-clamped multilevel inverter[J].IEEE transactionson industrial electronics,2010,57(7):2249-2261.)在每個均壓電路單元中引入了一個懸浮電容。但與文獻[1]所述電路類似，該電路仍然是通過儲能電感實現直流電容之間的能量傳遞，其缺點為：(1)懸浮電容的引入主要用于均衡功率開關器件的電壓應力；(2)直流電容的電壓平衡，仍是通過均壓電路單元中的儲能電感傳遞能量來實現，懸浮電容的引入增加了系統的體積和重量；(3)懸浮電容引入后，均壓電路單元中的電感元件的電壓應力仍為直流母線電壓的四分之一，因此仍然需要設置較大的儲能電感，來限制儲能電感電流的變化率。

發明內容