[發(fā)明專利]十五相三電平H橋推進(jìn)變頻器控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110292672.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN113193807B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖飛;胡亮燈;高山;艾勝;易新強(qiáng);樓徐杰;辛子越;李偉;王鈺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/05
• 分類號(hào): H02P21/05;H02P29/028;H02P29/50;H02P27/06;H02M7/487
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝;張繼巍

本發(fā)明公開了一種十五相三電平H橋推進(jìn)變頻器控制方法，所述十五相三電平H橋推進(jìn)變頻器由三個(gè)相同通道組成，每個(gè)通道包括五個(gè)H橋逆變單元，每個(gè)H橋逆變單元采用二極管鉗位式三電平H橋主電路；所述控制方法包括無中性線控制方法、高頻振動(dòng)抑制方法、直流輸入電流諧波抑制方法及電機(jī)串軸控制方法。中點(diǎn)電位控制方法采用基于零序電壓注入的中點(diǎn)電位調(diào)節(jié)，實(shí)施簡單，不影響原有控制方法；中點(diǎn)電位控制策略基于單個(gè)三電平H橋拓?fù)溥M(jìn)行中點(diǎn)電位調(diào)節(jié)，不同相H橋拓?fù)渲麟娐芳翱刂撇呗韵鄬?duì)獨(dú)立，易推廣到多相H橋拓?fù)洌ㄓ眯詮?qiáng)；中點(diǎn)電壓比例?積分閉環(huán)調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)三電平H橋拓?fù)渲悬c(diǎn)電位平滑控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于十五相三電平H橋推進(jìn)變頻器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及 一種十五相三電平H橋推進(jìn)變頻器控制方法。

背景技術(shù)

船舶綜合電力系統(tǒng)(Integrated PowerSystem，IPS)將傳統(tǒng)船舶 機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)合二為一，實(shí)現(xiàn)了全船能源統(tǒng)一供應(yīng)、分配、 使用和管理，代表著船舶動(dòng)力系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)是 綜合電力系統(tǒng)船舶的核心主推設(shè)備，推進(jìn)功率大，同時(shí)，為達(dá)到機(jī)動(dòng) 性、聲隱身性和高可靠性等戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，需要其推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)具有大容 量、低振動(dòng)噪聲和高冗余性等特點(diǎn)，此外，由于船舶內(nèi)部空間有限， 還要求推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)兼具高轉(zhuǎn)矩密度的特點(diǎn)。推進(jìn)電機(jī)作為船舶機(jī)動(dòng) 性的保證，對(duì)其高可靠性的要求不言而喻，采用多套多相繞組方案可 以減小每相功率器件的容量，增加安全裕度，提高系統(tǒng)的冗余性。此 外，相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率越高，幅值越小，電機(jī)振動(dòng)噪聲降低。 因而多相多通道大容量推進(jìn)電機(jī)由于其冗余性、高功率密度、低轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于船舶電力推進(jìn)。

相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械推進(jìn)，電力推進(jìn)推進(jìn)具有效率高、有效載荷大、 靈活性好、維護(hù)性好、燃油經(jīng)濟(jì)好等優(yōu)點(diǎn)。中壓多相電機(jī)系統(tǒng)可滿足 大功率電力推進(jìn)系統(tǒng)容量大、可靠性好、轉(zhuǎn)矩密度高等要求，而中壓 多相開繞組電機(jī)系統(tǒng)配套的多相NPC三電平H橋拓?fù)渥冾l器因主電 路拓?fù)浜唵巍⒂斜额l效果，具有良好的容錯(cuò)能力及對(duì)器件耐壓要求低 等特點(diǎn)，成為船舶大容量推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)首選方案，在中高壓中大功率 場(chǎng)合中得到了廣泛應(yīng)用。但直流電容電壓不均衡問題是NPC型H橋 三電平拓?fù)渲械墓逃腥毕荩悬c(diǎn)電壓偏移會(huì)影響輸出電壓的對(duì)稱性， 并增加電壓諧波含量，電壓偏移嚴(yán)重時(shí)會(huì)使三電平電路失去其可增加 輸出電平數(shù)、輸出電壓質(zhì)量高等原有優(yōu)勢(shì)，甚至導(dǎo)致功率器件過壓損 毀。雖可通過硬件上設(shè)置中性線，降低控制的難度，但對(duì)前端供電電 源提出了新的要求，且易導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及保護(hù)復(fù)雜化。

對(duì)于高頻振動(dòng)噪聲抑制，目前主要有以下四種方法：(1)提高功 率器件PWM開關(guān)頻率或采用倍頻主電路，使輸出開關(guān)頻率達(dá)到 10kHz考核頻率以上，對(duì)于大功率變頻器提高開關(guān)頻率一般不可行， 而采用倍頻主電路將導(dǎo)致裝置體積增加；(2)加裝輸出濾波器，通過調(diào)整濾波器參數(shù)使其截止頻率低于輸出開關(guān)頻率，此方法將導(dǎo)致輸出 濾波器體積大幅增加，對(duì)于開關(guān)頻率為500Hz～1kHz的中高壓大功率 變流裝置一般不可行；(3)采用隨機(jī)PWM調(diào)制方法，其可將輸出開 關(guān)頻率處諧波頻譜打散，然而實(shí)測(cè)結(jié)果表明其只是將振動(dòng)能量頻譜分 散，沒能實(shí)現(xiàn)總振級(jí)降低；(4)采用載波移相方法，調(diào)節(jié)兩臺(tái)兩電平 逆變器三角載波相位，使得兩套同槽電機(jī)繞組中對(duì)應(yīng)高頻電流產(chǎn)生的 磁動(dòng)勢(shì)相互抵消，實(shí)現(xiàn)電機(jī)高頻振動(dòng)噪聲抑制，該方法簡單實(shí)用，在 不增加任何硬件投入情況下，有效降低了電機(jī)高頻振動(dòng)，然而其沒考 慮低開關(guān)頻率中高壓大功率多相電機(jī)系統(tǒng)采用載波移相將導(dǎo)致輸出 電流不對(duì)稱問題，包括沒考慮大容量多相電機(jī)系統(tǒng)可能非同槽，需綜 合研究通道內(nèi)、通道間組合載波移相方式。

中壓多相電機(jī)系統(tǒng)可滿足大功率電力推進(jìn)系統(tǒng)容量大、可靠性 好、轉(zhuǎn)矩密度高等要求，而中壓多相開繞組電機(jī)系統(tǒng)配套的多相NPC 三電平H橋拓?fù)渥冾l器因主電路拓?fù)浜唵巍⒂斜额l效果，具有良好 的容錯(cuò)能力及對(duì)器件耐壓要求低等特點(diǎn)，成為船舶大容量推進(jìn)電機(jī)系 統(tǒng)首選方案，在中高壓中大功率場(chǎng)合中得到了廣泛應(yīng)用。但隨著推進(jìn) 容量的增加，變頻器直流輸入諧波問題愈發(fā)突出，從抑制供電系統(tǒng)電 流諧波出發(fā)。