專利名稱：多電平變換器直流電容電壓的均壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多電平變換器直流電容電壓的均壓裝置。
背景技術(shù)：
二極管箝位式多電平變換器利用多個串聯(lián)的直流電容接在直流側(cè)兩端，同時，變換器每個橋臂的多個串聯(lián)開關(guān)器件通過二極管連接在每個直流電容上，即通過二極管將開關(guān)器件的電壓箝位到連接的一個直流電容電壓上，將直流母線電壓分為多個電平。因此，每個橋臂的多個開關(guān)器件在不同的開關(guān)組合下可向交流側(cè)輸出不同電平的電壓信號。通過各種PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)調(diào)制方法，二極管箝位式多電平變換器將多個電平輸出信號合成調(diào)制信號，電平數(shù)越多，變換器輸出的交流電壓越逼近調(diào)制信號。但是，在二級管箝位多電平變換器中，各個電容器上輸出不相等的功率將導(dǎo)致電容器上的電壓不相等，即出現(xiàn)所謂的電容電壓不平衡問題。通過優(yōu)化的PWM調(diào)制方法，直流電容在一定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)電壓平衡與穩(wěn)定，其平衡與穩(wěn)定的條件與負載電流的相角有關(guān)。當多電平變換器傳遞純有功電流時，即負載電流角度在0度附近時，為保證直流電壓穩(wěn)定，要求PWM調(diào)制深度最高且要求小于約55%，極大的限制二極管箝位電路在有功傳遞領(lǐng)域的應(yīng)用。直流電壓失穩(wěn)后，多電平變換器將退化成兩電平變換器，同時失去多電平所具有的諸多優(yōu)點，甚至影響變換器的自身安全。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是提供用于二極管箝位型多電平變換器直流電容電壓均壓的一種多電平變換器直流電容電壓的均壓裝置。該均壓裝置能夠在任意功率因數(shù)條件下， 特別是在傳遞有功電流時，實現(xiàn)直流電容的電壓均壓與穩(wěn)壓，使得變換器的PWM調(diào)制深度不再受直流電壓穩(wěn)定條件的限制，保證在任意調(diào)制深度條件下實現(xiàn)有功或無功的傳遞。且其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高。本實用新型實現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是一種多電平變換器直流電容電壓的均壓裝置，用于二極管箝位型多電平變換器直流電容電壓的均壓，其特征是，所述的均壓裝置的組成是二極管箝位型多電平變換器的直流側(cè)的N個直流電容，均與由多個輔助開關(guān)器件組成的均壓開關(guān)陣列的相應(yīng)輸入端連接，均壓開關(guān)陣列的輸出端與一輔助直流電容相連，均壓開關(guān)陣列中的每個輔助開關(guān)器件的控制端均與多電平變換器的控制裝置相連；所述的N為多電平變換器的電平數(shù)-1。上述的均壓開關(guān)陣列的具體組成是兩個輔助開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成一個開關(guān)對，N-m+1個開關(guān)對串聯(lián)構(gòu)成均壓開關(guān)陣列的第 m 列，其中，m = 1,2, . . . N-I ；均壓開關(guān)陣列中第m列的相鄰兩開關(guān)對的中點分別與第m+1列中相應(yīng)開關(guān)對的兩端點連接，其中m = 1，3，. . . N-2 ；同時，均壓開關(guān)陣列的第1列中的每個開關(guān)對的兩端點還作為輸入端分別與相應(yīng)的直流電容的兩端點相連；均壓開關(guān)陣列中第N-I列的兩開關(guān)對的中點還作為輸出端與輔助直流電容的兩端相連。使用本實用新型的均壓裝置進行均壓的方法和原理是控制裝置通過控制均壓開關(guān)陣列中各輔助開關(guān)器件的開通或關(guān)斷，使得在每個脈寬調(diào)制周期中輔助直流電容分時逐一與各個直流電容并列連通，實現(xiàn)各直流電容的均壓。通過控制裝置控制均壓開關(guān)陣列中各輔助開關(guān)器件的開通或關(guān)斷，使得在每個脈寬調(diào)制(PWM)周期中輔助直流電容分時逐一與各個直流電容并列連通。在每個直流電容與輔助直流電容并列連通時，二者的電壓將趨同而進行一次均壓操作；一個完整的PWM周期輔助電容與全部直流電容完成一次均壓操作。通過多個PWM周期后，全部直流電容和輔助電容的電壓將趨于一致，從而實現(xiàn)均壓的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是一、由增設(shè)的均壓裝置實現(xiàn)主電路直流電容的均壓與穩(wěn)壓，因此與主電路的PWM 調(diào)制方法和控制方法無關(guān)，不影響現(xiàn)有主電路和控制原理，可以用于任意電平、任一結(jié)構(gòu)的二極管箝位變換器的改造和新造，使用范圍廣，實施方便容易。二、均壓裝置的開關(guān)器件的控制采用預(yù)定的分時選擇導(dǎo)通，策略簡單，對控制模塊的軟硬件要求低；且不需要主電路或者均壓控制電路的電壓和電流信息，因此不需要附加傳感器等信號采集硬件，也使整個電路簡單可靠，制作與維護成本低。三、該裝置能夠在任意功率因數(shù)條件下，特別是在傳遞有功電流時，實現(xiàn)直流電容的電壓均壓與穩(wěn)壓，使得變換器的PWM調(diào)制深度不再受直流電壓穩(wěn)定條件的限制，保證在任意調(diào)制深度條件下實現(xiàn)有功或無功的傳遞。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1是本實用新型用于N+1電平二極管箝位變換器的電路原理圖。圖2是本實用新型實施例1的電路原理圖。圖3是本實用新型實施例2的電路原理圖。
具體實施方式
實施例1圖2示出，本實用新型的一種具體實施方式
是一種五電平變換器直流電容電壓的均壓裝置，用于二極管箝位型五電平變換器直流電容電壓的均壓。所述的均壓裝置的組成是二極管箝位型多電平變換器的直流側(cè)的4個直流電容Cl，C2，C3，C4，均與由多個輔助開關(guān)器件組成的均壓開關(guān)陣列的相應(yīng)輸入端連接，均壓開關(guān)陣列的輸出端與一輔助直流電容CO相連，均壓開關(guān)陣列中的每個輔助開關(guān)器件的控制端均與多電平變換器的控制裝置相連。本例的均壓開關(guān)陣列的具體組成是兩個輔助開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成一個開關(guān)對，N_m+l，m = 1，2，. . . N_1個開關(guān)對SmL，L =1,2... Ν-m+l串聯(lián)構(gòu)成均壓開關(guān)陣列的第m列。對本例而言，由于N+1 = 5,N = 4，故均壓開關(guān)陣列共有N-I = 3列；第1列的開關(guān)對為S11、S12、S13、S14共四個。第2列的開關(guān)對為S21、S22、S23共三個；第3列的開關(guān)對為S31、S32共兩個。[0024]均壓開關(guān)陣列中第m列的相鄰兩開關(guān)對SmL、Sm(L+l)的中點分別與第m+1列中相應(yīng)S (m+1) L的兩端點連接，其中m= 1，3，. . . N-2 ；即開關(guān)對S11、S12的中點與開關(guān)對S21的兩端點連接，開關(guān)對S12、S13的中點與S22 的兩端點連接，開關(guān)對S13、S14的中點與開關(guān)對S23的兩端點連接。開關(guān)對S21、S22的中點與S31的兩端點連接，開關(guān)對S22、S23的中點與開關(guān)對S32的兩端點連接。均壓開關(guān)陣列的第1列中的每個開關(guān)對Sll、S12、S13、S14的兩端點還作為輸入端分別與相應(yīng)的直流電容Cl，C2，C3，C4的兩端點相連。均壓開關(guān)陣列中第N-I = 3列的兩開關(guān)對S31、S32的中點還作為輸出端與輔助直流電容CO的兩端相連。使用本例的裝置對二極管箝位型五電平變換器直流電容電壓進行均壓的方法和原理如下控制裝置通過控制均壓開關(guān)陣列中各輔助開關(guān)器件的開通或關(guān)斷，使得在每個脈寬調(diào)制周期中輔助直流電容CO分時逐一與各個直流電容Cl、C2、C3、C4并列連通，實現(xiàn)各直流電容C1、C2、C3、C4間的均壓。本實施例的一種具體均壓控制策略和原理是表1 實施例1的控制裝置的一種具體控制策略(均壓開關(guān)陣列中各輔助開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài))
權(quán)利要求1.一種多電平變換器直流電容電壓的均壓裝置，用于二極管箝位型多電平變換器直流電容電壓的均壓，其特征是，所述的均壓裝置的組成是二極管箝位型多電平變換器的直流側(cè)的N個直流電容(Cn，η = 1,2, . . . N)，均與由多個輔助開關(guān)器件組成的均壓開關(guān)陣列的相應(yīng)輸入端連接，均壓開關(guān)陣列的輸出端與一輔助直流電容(CO)相連，均壓開關(guān)陣列中的每個輔助開關(guān)器件的控制端均與多電平變換器的控制裝置相連；所述的N為多電平變換器的電平數(shù)-1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電平變換器直流電容電壓的均壓裝置，其特征在于， 所述的均壓開關(guān)陣列的具體組成是兩個輔助開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成一個開關(guān)對，N-m+1個開關(guān)對(SmL，L = 1,2... Ν-m+l)串聯(lián)構(gòu)成均壓開關(guān)陣列的第m列，其中，m= 1,2,...N-I ；均壓開關(guān)陣列中第m列的相鄰兩開關(guān)對(SmL、Sm(L+l))的中點分別與第m+1列中相應(yīng)開關(guān)對(S(m+1)L)的兩端點連接，其中m = 1，3，. . . N-2 ；同時，均壓開關(guān)陣列的第1列中的每個開關(guān)對(S1L，L= 1，2，...N)的兩端點還作為輸入端分別與相應(yīng)的直流電容(Cn，n = 1,2, ...N)的兩端點相連；均壓開關(guān)陣列中第N-I列的兩開關(guān)對(S (N-I) L、S(N-I) (L+1)) 的中點還作為輸出端與輔助直流電容(CO)的兩端相連。
專利摘要本實用新型公開了一種多電平變換器直流電容電壓的均壓裝置，均壓裝置的組成是二極管箝位型多電平變換器的直流側(cè)的N個直流電容(Cn，n＝1，2，...N)，均與由多個輔助開關(guān)器件組成的均壓開關(guān)陣列的相應(yīng)輸入端連接，均壓開關(guān)陣列的輸出端與一輔助直流電容(C0)相連，均壓開關(guān)陣列中的每個輔助開關(guān)器件的控制端均與多電平變換器的控制裝置相連；所述的N為多電平變換器的電平數(shù)-1。該電路能夠在任意功率因數(shù)條件下，特別是在傳遞有功電流時，實現(xiàn)直流電容的電壓均壓與穩(wěn)壓，使得變換器的PWM調(diào)制深度不再受直流電壓穩(wěn)定條件的限制，保證在任意調(diào)制深度條件下實現(xiàn)有功或無功的傳遞。且其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高。
文檔編號H02M7/487GK202178718SQ20112025470
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者舒澤亮 申請人:西南交通大學