[發明專利]十二相三電平H橋直流側級聯推進變頻器及電容電壓均衡控制方法

有效

• 申請號: 202110292675.8
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113193777B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 馬偉明;胡亮燈;肖飛;辛子越;艾勝;任強;樓徐杰;蔣林飛;劉憲;熊又星
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝;張繼巍

本發明公開了一種十二相三電平H橋直流側級聯推進變頻器，所述十二相三電平H橋直流側級聯推進變頻器由兩個六相三電平H橋推進變頻器直流側級聯而成，級聯上端推進變頻器在直流輸入正級設置止逆二極管，級聯下端推進變頻器在直流輸入負級設置止逆二極管；適用于直流10kV的三電平H橋直流側級聯拓撲是基于成熟的三電平H橋拓撲上拓展，相比其它五電平或模塊化多電平拓撲，不涉及吸收回路或復雜的大換流回路，主電路簡單。還公開了電容電壓均衡控制方法，采用基于零序電壓注入的中點電位調節，三電平上下H橋間通過負載進行調節，實施簡單，不影響原有控制策略。

技術領域

本發明屬于大功率電能變換技術領域，具體涉及一種十二相三電平H橋直流側級聯推進變頻器及電容電壓均衡控制方法。

背景技術

隨著大功率電力電子技術的日益成熟，大功率變頻調速技術也得到了迅猛的發展，因而極大地促進了大容量全電推進的研究和開發，越來越多的船舶采用或開始采用電力推進來替代傳統的機械推進方式。相對于傳統的機械推進，電力推進推進具有效率高、有效載荷大、靈活性好、維護性好、燃油經濟好等優點。中壓多相電機系統可滿足大功率電力推進系統容量大、可靠性好、轉矩密度高等要求，而中壓多相開繞組電機系統配套的多相二極管鉗位三電平H 橋拓撲變頻器因主電路拓撲簡單、有倍頻效果，具有良好的容錯能力及對器件耐壓要求低等特點，成為艦船大容量推進電機系統首選方案，在中高壓中大功率場合中得到了廣泛應用。為適應負荷功率增長、滿足更大噸位船舶的需要，我國二代中壓直流綜合電力系統直流電壓等級將提升至10kV級中高壓水平。

針對直流10kV級推進變頻器，受限于功率器件耐壓水平，常規的三電平不再滿足要求。國內對于直流10kV級供電的變頻器尚屬空白(不含交流輸入經變壓器隔離整流類型變頻器)，國外僅ABB、西門子等公司有相關產品，已有的10kV級變頻器產品主要參數如表1所示。

表1國外10kV電壓等級推進變頻器主要參數對比一覽表

由上表可知，國外已有的10kV電壓等級變頻器產品適裝性較低，將難以滿足船舶直流10kV中高壓多相大容量變頻器適裝性需求。同時為避免我國關鍵裝備卡脖子問題，亟待開展適裝性更好的直流10kV輸入的多相大容量推進變頻器拓撲及控制策略設計。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術的不足，提供一種既可適用于直流10kV應用場合，也可通過級聯多個三電平H橋變頻器級聯。

為實現上述目的，本發明所設計的十二相三電平H橋直流側級聯推進變頻器，所述十二相三電平H橋直流側級聯推進變頻器由兩個六相三電平H橋推進變頻器直流側級聯而成，級聯上端推進變頻器在直流輸入正級設置止逆二極管，級聯下端推進變頻器在直流輸入負級設置止逆二極管。

與傳統的六相三電平H橋推進變頻器不同在于直流輸入止逆二極管為鏡像布置，級聯上端推進變頻器在直流輸入正級設置止逆二極管，級聯下端推進變頻器在直流輸入負級設置止逆二極管。本發明的拓撲較好的繼承了成熟的三電平H橋推進變頻器設計方案，同時也便于變頻器及其逆變單元標準化生產，采用單個三電平H橋為基本單元方案，提高了裝置的維護性。通過采用兩個三電平多相H 橋推進變頻器直流側級聯方案，既可適用于直流10kV應用場合，也可通過級聯多個三電平H橋變頻器級聯，可推廣應用更高電壓場合。本發明的拓撲方案不局限于推進電機為開繞組場合，推進電機為星型繞組場合同樣適用。