[發(fā)明專利]基于箝位型三電平變換器的集成驅(qū)動(dòng)充電電路和控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110080486.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112737070B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣棟;高加樓;李柏楊;周敏;孫偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/04
• 分類號(hào): H02J7/04;H02M7/487;H02M1/44;H02J3/38;B60L15/00;B60L53/20
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍;李智

1.一種基于箝位型三電平變換器的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)單相并網(wǎng)集成驅(qū)動(dòng)充電電路的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括控制器，所述控制器用于向集成驅(qū)動(dòng)充電電路中的工作模式切換模塊發(fā)送運(yùn)行于電機(jī)驅(qū)動(dòng)工況的指令或者運(yùn)行于并網(wǎng)功率變換工況的指令；

所述工作模式切換模塊用于接收來(lái)自控制器的模式切換指令，并根據(jù)指令改變內(nèi)部的開(kāi)關(guān)狀態(tài)：

當(dāng)接收到運(yùn)行于電機(jī)驅(qū)動(dòng)工況的指令時(shí)，工作模式切換模塊改變內(nèi)部的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使得輔助電感接口LP、直流電容中性點(diǎn)接口COP與箝位型三電平變換器中性點(diǎn)接口IOP短接在一起；

當(dāng)接收到運(yùn)行于并網(wǎng)功率變換工況的指令時(shí)，工作模式切換模塊改變內(nèi)部的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使得輔助電感接口LP與直流電容中性點(diǎn)接口COP斷開(kāi)、箝位型三電平變換器中性點(diǎn)接口IOP與直流電容中性點(diǎn)接口COP斷開(kāi)，且此時(shí)輔助電感接口LP接至單相電網(wǎng)的一端、箝位型三電平變換器中性點(diǎn)接口IOP接至單相電網(wǎng)的另一端；

所述控制器包括對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)工況的第一控制模塊，所述第一控制模塊包括一個(gè)m相交流電機(jī)控制單元、一個(gè)箝位型三電平變換器調(diào)制單元、一個(gè)箝位型三電平變換器的中性點(diǎn)電流平均值計(jì)算單元、一個(gè)直流濾波電容中性點(diǎn)電壓控制環(huán)路以及一個(gè)輔助電感電流控制環(huán)路；

所述m相交流電機(jī)控制單元，用于接收交流電機(jī)的電流檢測(cè)信號(hào)以及交流電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩達(dá)到控制要求，并輸出控制電壓指令給箝位型三電平變換器，輸出控制電壓指令和交流電機(jī)電流檢測(cè)值給箝位型三電平變換器的中性點(diǎn)電流平均值計(jì)算單元；

箝位型三電平變換器調(diào)制單元，用于接收來(lái)自m相交流電機(jī)控制單元的控制電壓指令，進(jìn)行載波調(diào)制后，輸出箝位型三電平變換器中功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出到箝位型三電平橋臂；

箝位型三電平變換器的中性點(diǎn)電流平均值計(jì)算單元，用于接收來(lái)自m相交流電機(jī)控制單元的第k拍控制電壓指令值v^*[k]，以及第k拍交流電機(jī)電流檢測(cè)值i[k]，通過(guò)交流電機(jī)的電壓電流方程和載波調(diào)制的方式，計(jì)算得到kT_s至(k+1)T_s之間的箝位型三電平變換器的中性點(diǎn)電流平均值i_np并輸出給直流濾波電容中性點(diǎn)電壓控制環(huán)路，T_s為開(kāi)關(guān)周期；

直流濾波電容中性點(diǎn)電壓控制環(huán)路，用于計(jì)算兩個(gè)直流濾波電容電壓的差值，將差值輸入到電壓調(diào)節(jié)器VR，計(jì)算得到補(bǔ)償電流指令i^*_comp，該指令與i_np相加得到輔助電感電流指令i^*_L，并輸出給輔助電感電流控制環(huán)路；

輔助電感電流控制環(huán)路，用于計(jì)算i^*_L與實(shí)際電感電流之間的差值，將差值輸入到電流調(diào)節(jié)器CR，計(jì)算得到電感電壓控制信號(hào)U_L，對(duì)U_L進(jìn)行標(biāo)幺化處理后，與三角載波進(jìn)行比較，從而得到兩電平橋臂單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出給輔助兩電平橋臂；

所述基于箝位型三電平變換器的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)單相并網(wǎng)集成驅(qū)動(dòng)充電電路包括：一個(gè)箝位型三電平變換器、兩個(gè)直流濾波電容、一個(gè)輔助電感、一個(gè)輔助兩電平橋臂、一個(gè)工作模式切換模塊、直流電源側(cè)電氣接口、電機(jī)系統(tǒng)交流側(cè)電氣接口和單相電網(wǎng)接口；

所述箝位型三電平變換器由m個(gè)箝位型三電平橋臂構(gòu)成，各箝位型三電平橋臂的正極Px短接在一起構(gòu)成直流電源側(cè)電氣接口的正極P；各三電平橋臂的負(fù)極Nx短接在一起構(gòu)成直流電源側(cè)電氣接口的負(fù)極N；三電平橋臂的交流接口ACx獨(dú)立接出，共同構(gòu)成電機(jī)系統(tǒng)交流側(cè)電氣接口，交流側(cè)電氣接口與m相交流電機(jī)相連；各三電平橋臂的中性點(diǎn)Ox接在一起構(gòu)成箝位型三電平變換器的中性點(diǎn)O，x＝1,2,3…,m，m表示交流電機(jī)的相數(shù)；

兩個(gè)直流濾波電容串聯(lián)，且引出正極接口CP、負(fù)極接口CN以及中性點(diǎn)接口CO；正極接口CP接至直流電源側(cè)電氣接口的正極P；負(fù)極接口CN接至直流電源側(cè)電氣接口的負(fù)極N；

工作模式切換模塊有三個(gè)接口，分別為輔助電感接口LP、直流電容中性點(diǎn)接口COP和箝位型三電平變換器中性點(diǎn)接口IOP；輔助電感接口LP與輔助電感的一端相連；直流電容中性點(diǎn)接口COP與中性點(diǎn)接口CO相連；箝位型三電平變換器中性點(diǎn)接口IOP與中性點(diǎn)O相連；

輔助電感有兩個(gè)端口，一端接至工作模式切換模塊的輔助電感接口LP，另一端與兩電平橋臂單元的交流側(cè)接口ACa相連；

輔助兩電平橋臂有正極Pa、負(fù)極Na以及交流側(cè)接口ACa，正極Pa接至直流電源側(cè)電氣接口的正極P；負(fù)極Na接至直流電源側(cè)電氣接口的負(fù)極N；交流側(cè)接口ACa與輔助電感單元的一端相連；

箝位型三電平變換器中性點(diǎn)接口IOP與輔助電感接口LP共同構(gòu)成單相電網(wǎng)接口，所述單相電網(wǎng)接口內(nèi)部包含電網(wǎng)電壓傳感器，用于檢測(cè)電網(wǎng)的電壓。