[發明專利]一種中性點電壓可控的三電平直流變換電路及其控制方法

在審

• 申請號: 201810388813.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108631669A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 張建承;吳跨宇;吳龍;韓兵;施一峰;俞鴻飛;盧岑岑;熊鴻韜;沈軼君;房樂;李旭;段文華;盧嘉華;趙一琰
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: H02P9/36
• 分類號: H02P9/36
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發明公開了一種中性點電壓可控的三電平直流變換電路及其控制方法。本發明的三電平直流變換電路包括直流電源、第一電容器、第二電容器、第一組直流斬波電路和第二組直流斬波電路；所述的第一組直流斬波電路和第二組直流斬波電路通過正電壓端、負電壓端和中間電壓端三點并聯，第一組直流斬波電路的輸出正端和第二組直流斬波電路的輸出負端與負載串聯；所述的第一組直流斬波電路和第二組直流斬波電路均包括多個開關管和多個二極管。本發明的三電平變換電路通過控制開關管的導通可構成多種控制模態，進而組合成多種時序模式，能實現負載工況的四象限電壓控制運行，并能通過模態的切換達到控制三電平電路中性點電壓平衡的目的。

技術領域

本發明屬于發電機柔性勵磁系統技術領域，具體地說是一種中性點電壓可控的三電平直流變換電路及其控制方法。

背景技術

隨著特高壓直流、柔性直流的大量投運和新能源發電高滲透率趨勢的迅猛發展，電力電子化電力系統在超低頻功率振蕩、次同步振蕩、毫秒級無功電壓支撐等電磁/機電混合領域的運行風險增加。勵磁系統是同步發電機的重要組成部分，對電力系統的安全穩定運行有重要影響，充分利用勵磁系統調控能力是提高電力系統穩定性最經濟有效的手段之一。

基于半控器件晶閘管(SCR)整流的常規勵磁系統，受限于其控制速度慢、且僅可以控制器件開通無法控制關斷，已難以適應電力電子化電網的運行需求。IGBT等全控器件可以同時控制開通和關斷，因此其控制響應速度和控制靈活性具有明顯優勢。目前已有國內外學者提出將IGBT等全控器件構成的整流電路和斬波電路應用于發電機勵磁系統，實現柔性勵磁系統，在提供同步發電機直流勵磁電流的同時，其交流側可以控制無功電流分量，可以快速控制向同步發電機端注入或吸收無功。交流側無功的毫秒級直接支撐能力可以顯著提升機組的無功電壓控制性能和響應速度，并為寬頻帶低頻功率振蕩、次同步振蕩的抑制技術提供手段。

目前，柔性勵磁系統拓撲結構主要為電壓源型功率回路，通過三相全橋整流回路將勵磁變交流電轉換成直流，再通過DC‐DC斬波回路向轉子輸出勵磁電壓，其中，DC‐DC斬波回路以H橋或者H橋并聯結構為主，能夠輸出兩電平的直流電壓，單個開關管動作對應兩端電壓的變化幅值為直流電壓E。由于回路中的開關管在實際中并非理想器件，使用中開通和截止過程存在電流和電壓波形交疊，產生功率器件的開關損耗，該損耗隨動作時對應兩端電壓的變化量升高而增加，會使得整體系統效率下降；同時，更高的電壓變化率也會帶來更嚴重的電磁干擾問題；在直流輸出側，較大的輸出電壓電平變化也影響輸出電壓質量，使得電壓紋波增加，共模電壓更高，對電機軸電流和絕緣產生更大危害。盡管已有學者提出了基于雙重H橋的三電平斬波電路，但該三電平斬波電路面臨著中性點電壓無法平衡控制的難題，在實際應用中反而加劇了控制電壓的輸出諧波。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種應用于發電機柔性勵磁系統的中性點電壓可控的三電平直流變換電路，以穩定控制三電平電路的中性點電壓，降低開關動作時電壓變化率，減小開關管開關損耗，改善輸出電壓質量，提高柔性勵磁系統效率。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種中性點電壓可控的三電平直流變換電路，其包括直流電源、第一電容器、第二電容器、第一組直流斬波電路和第二組直流斬波電路；

所述的第一電容器和第二電容器串聯后并聯于直流電源兩端，直流電源的兩端分別為正電壓端和負電壓端，兩電容器之間的連接點為中間電壓端；

所述的第一組直流斬波電路和第二組直流斬波電路通過正電壓端、負電壓端和中間電壓端三點并聯，第一組直流斬波電路的輸出正端和第二組直流斬波電路的輸出負端與負載串聯；

所述的第一組直流斬波電路和第二組直流斬波電路均包括多個開關管和多個二極管。

本發明通過控制開關管的導通可構成多種控制模態，進而組合成多種時序模式，能實現負載工況的四象限電壓控制運行，并能通過模態的切換達到控制三電平電路中性點電壓平衡的目的。