[發明專利]基于曲折型變壓器聯接的大功率逆變器及其控制方法

在審

• 申請號: 201710557039.7
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107294416A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 張志
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 石家莊德皓專利代理事務所(普通合伙)13129
• 代理人: 齊軍彩,楊瑞龍

技術領域

本發明公開了一種基于曲折型變壓器聯接的大功率逆變器及其控制方法，屬于大功率逆變器技術領域。

背景技術

隨著電力電子裝置的廣泛應用，其對電網造成了嚴重的諧波污染、中線電流過大和三相不平衡等問題。而三相四線制系統廣泛應用于工廠供電和樓宇供電等場合，隨著三相四線制系統中大功率逆變電源系統需求不斷增加，人們對其輸出電壓品質要求越來越高，根據國際電工組織IEC62040-3標準，電壓畸變率應該低于8％。

三相四線制逆變系統主要有圖1所示的四橋臂和圖2所示的三橋臂分裂電容兩種結構，四橋臂拓撲利用第四個橋臂對零序分量進行補償，易于控制，但其主電路需要更多的功率器件，增加了硬件成本。三橋臂分裂電容接法，需要對直流側兩個電容電壓進行平衡控制，增加了控制的復雜性。

發明內容

針對現有技術的上述不足，本發明的目的旨在于提供一種基于曲折型變壓器聯接的三相四線制大功率逆變器，通過變壓器副邊繞組特殊的接線方式，能抑制零序諧波分量，簡化控制。針對四線制系統帶不平衡負載和非線性負載導致輸出電壓波形畸變嚴重的問題，通過建立逆變器的數學模型，采用結合比例積分和重復控制的復合控制策略，降低了輸出電壓畸變率，并保證了系統的動態響應速度。

具體的，基于曲折型變壓器聯接的三相四線制大功率逆變器，包括直流側及輸出端，所述三相四線制大功率逆變器還包括連接在直流側與輸出端之間的曲折型變壓器。

進一步的，所述曲折型變壓器曲折型變壓器型號為DZn0。

進一步的，所述曲折型變壓器結構結構為：

同一心柱副邊曲折繞組分為兩個繞組部分，兩個繞組分別流過不同相的二次側電流，零序分量在同一心柱上產生的磁勢大小相等，方向相反。

進一步的，所述直流側包括直流側電容及與直流側電容并聯的功率開關器件組，每個功率開關器件組包括兩個串聯的功率開關器件。

進一步的，所述輸出端的任意兩相之間連接橋臂濾波電容。

本發明還提供了了一種基于曲折型變壓器聯接的三相四線制大功率逆變器的控制方法，所述方法為：

采用同步旋轉DQ坐標系下，單電壓外環和電壓前饋控制，并結合比例積分和重復控制的復合控制策略。

本發明的有益效果在于：本發明的一種基于曲折型變壓器聯接的三相四線制大功率逆變器及其控制方法，利用曲折型變壓器聯接，實現逆變器與負載間的隔離和零序諧波分量的抑制。采用同步旋轉DQ 坐標系下，單電壓外環和電壓前饋控制，并結合比例積分和重復控制的復合控制策略，降低了逆變器帶不平衡負載和非線性負載時輸出電壓的畸變率。與傳統四橋臂或三橋臂分裂電容接法相比，簡化了控制，降低了硬件成本。

附圖說明

圖1為三相四橋臂四線制逆變器的電路圖；

圖2為三相三橋臂分裂電容四線制逆變器的電路圖；

圖3為本發明逆變器的電路圖；

圖4a為曲折型變壓器繞組接線圖；

圖4b為曲折型變壓器繞組向量圖；

圖5為曲折型變壓器的單相等效電路圖；

圖6為圖3的等效電路圖；

圖7為系統整體控制框圖；

圖8為帶400KVA整流性負載電壓電流波形圖；

圖9為帶320KW整流性負載電壓電流波形圖；

圖10為帶320KW電阻性負載瞬投電壓電流波形圖；

圖11為帶320KW電阻性負載瞬卸電壓電流波形圖；

圖12為逆變器單相帶電阻性負載電壓電流波形圖；

圖13為逆變器單相帶整流性負載電壓電流波形圖。

具體實施方式

下面，結合附圖以及具體實施方式，對本發明做進一步描述：

圖3為三相三橋臂四線制逆變器主電路，C_d為直流側電容，S_j1,S_j2為功率開關器件，j＝a,b,c；Uj為逆變器輸出電壓。利用曲折型變壓器實現輸出負載端與逆變器的隔離，曲折型變壓器型號為DZn0，其繞組聯接方式和向量圖分別如圖4a、圖4b所示，C_a,C_b,C_c為橋臂濾波電容，濾波電感由變壓器漏感代替。