[發明專利]模塊化并聯三電平Vienna整流器、控制系統及方法

有效

• 申請號: 201811625710.8
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109495001B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 張承慧;秦昌偉;邢相洋;李曉艷;付有良;王志禎
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種模塊化并聯三電平Vienna整流器、控制系統及方法，本公開有效抑制了系統的零序環流，輸入電流的波形質量改善明顯，適用于兩臺三電平Vienna整流器模塊電流分配比例相等和不相等、輸入濾波電感相等和不相等的工況。輸入電流過零點畸變的消除充分考慮了濾波電感對電壓矢量和電流矢量相對位置的影響，輸入電流過零點畸變消除的效果優于傳統方法，輸入電流的總諧波畸變率降低。

技術領域

本公開涉及一種模塊化并聯三電平Vienna整流器、控制系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

近年來，大功率整流器的應用需求逐漸增加，其中，三電平Vienna整流器具有功率器件數量少、成本低、輸入電流總諧波畸變率(Total Harmonic Distortion，THD)低、功率密度高、效率高等優勢，得到了廣泛關注。該拓撲可以應用于無線電通信、功率因數校正、風力發電等系統。

然而，單臺三電平Vienna整流器的容量有限。為提升整流器系統的容量，通常采用單臺大功率整流器或多臺小功率整流器模塊化并聯來實現。然而，采用單臺大功率整流器存在一些弊端，整流器系統的容量受到功率開關管容量的限制，同時降低了系統的可擴展性和可靠性。

模塊化并聯的方式提升了系統的容量、可靠性和效率，已成為大功率整流器系統發展的必然趨勢。當多臺三電平Vienna整流器系統采用共直流母線和交流母線的形式直接并聯時，各個整流器模塊之間不可避免地產生零序環流通路，當各個整流器模塊的功率分配比例不同、輸入濾波電感參數不相等時，零序環流問題將進一步加劇，造成系統的輸入電流波形畸變，功率開關管的損耗增加，系統的效率降低，甚至造成系統停機或故障。同時，與傳統T型三電平整流器不同，三電平Vienna整流器系統正常運行的需要滿足的約束條件是輸入電流的符號應與輸入電壓的符號相同。因此，在滿足三電平Vienna整流器系統正常運行的約束條件下，研究并聯三電平Vienna整流器系統的高性能環流控制方法具有重要的理論意義和實際應用價值。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種模塊化并聯三電平Vienna整流器、控制系統及方法，本公開實現了Vienna整流器系統容量的提升，各個整流器模塊之間的零序環流得到了有效抑制，同時實現了中點平衡控制和輸入電流過零點畸變的消除，降低了三電平Vienna整流器輸入電流的總諧波畸變率。

根據一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種模塊化并聯三電平Vienna整流器，包括兩臺并聯的三電平Vienna整流器，所述三電平Vienna整流器的輸入端和輸出端分別連接在一起，每臺三電平Vienna整流器包括分別設置在每相雙向功率開關管和每相橋臂上下分別設置的兩個二極管，直流側包括兩個串聯連接的濾波電容，兩個濾波電容的中間形成一個中性點，每相橋臂的雙向功率開關管的右端與直流側中性點相連接，兩臺三電平Vienna整流器輸出端的公共點連接負載。

作為進一步的限定，每相橋臂的開關狀態分為P、O、N三種類型。

作為進一步的限定，第1臺整流器的A相、B相、C相分別于第2臺整流器的A相、B相、C相連接在一起，第1臺整流器的直流側正極、中性點、負極分別于第2臺整流器的直流側正極、中性點、負極連接在一起。

模塊化并聯三電平Vienna整流器的控制系統，包括上述整流器和控制系統，第1臺三電平Vienna整流器為主機，第2臺三電平Vienna整流器為從機，所述控制系統采用電壓-電流雙閉環控制方法，外環為直流電壓環，采用PI調節器，實現直流輸出電壓的穩定，內環為電流環，以實現快速的動態響應；

所述控制系統采用鎖相環實現電網電壓定向，被配置為依次進行調制范圍擴展、基于有限時間控制器的零序環流抑制、中點平衡控制、輸入電流過零點畸變的消除和PWM驅動信號生成指令的執行。