專(zhuān)利名稱(chēng)：一種五電平逆變電路及由其構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種五電平逆變電路及由其構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，更具體的說(shuō)， 尤其涉及一種應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的利用二極管箝位式五電平逆變電路及由其構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)快速發(fā)展，無(wú)功功率對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)載的運(yùn)行都是十分重要的，但是這些無(wú)功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)長(zhǎng)距離傳送是不合理的，這樣無(wú)功補(bǔ)償裝置由此產(chǎn)生并快速發(fā)展，其主要用于提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗，同時(shí)改善電網(wǎng)質(zhì)量?，F(xiàn)在高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置通常采用單元級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)方式，由多個(gè)逆變單元串聯(lián)來(lái)得到高壓輸出，這種無(wú)功補(bǔ)償結(jié)構(gòu)存在的主要缺點(diǎn)有在輸出無(wú)功時(shí)，各單元母線電壓會(huì)不平衡，需采取復(fù)雜的措施來(lái)保證各單元電壓平衡；每個(gè)單元是H橋單相逆變器，而且各單元之間都沒(méi)有能量流通通道，因而各個(gè)單元中必須設(shè)置大的儲(chǔ)能電容，這樣無(wú)疑就會(huì)增加系統(tǒng)體積和成本；各相間沒(méi)有能量流通通道無(wú)法完成相間能量交換，因而不容易實(shí)現(xiàn)負(fù)序補(bǔ)償。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問(wèn)題的缺點(diǎn)，提供了一種應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的利用二極管箝位式五電平逆變電路及由其構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)。本發(fā)明的五電平逆變電路，包括相互串聯(lián)用于與直流電源相連接的四個(gè)等值電容 (Cl、C2、C3、C4)以及由三個(gè)單橋臂逆變電路組成的三相逆變電路，其特別之處在于所述單橋臂逆變電路包括依次正向串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(Vl、V2、V3、V4、V6、V7、V8、V9 )、依次正向串聯(lián)的四個(gè)箝位二極管(Dl、D2、D3、D4)以及兩個(gè)起箝位作用的功率開(kāi)關(guān)器件(V5、 V10)，相串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件的兩端分別接于電容電路的兩端；相串聯(lián)的四個(gè)二極管一端接于功率開(kāi)關(guān)器件V2和V3之間的連線上，另一端接于功率開(kāi)關(guān)器件V7和V8之間的連線上；所述功率開(kāi)關(guān)器件V5的一端接于電容Cl與C2之間，另一端接于功率開(kāi)關(guān)器件Vl 和V2之間；所述功率開(kāi)關(guān)器件VlO的一端接于電容C3與C4之間，另一端接于功率開(kāi)關(guān)器件V8和V9之間。四個(gè)等值電容起到穩(wěn)壓和平均分配直流電壓的作用，依次正向串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件通過(guò)控制信號(hào)的控制，可處于導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，以便實(shí)現(xiàn)不同電平電壓的輸出；依次正向串聯(lián)的四個(gè)二極管起到箝位作用。采用功率開(kāi)關(guān)器件V5和V10，有效地實(shí)現(xiàn)了電容Cl與C2之間的電壓以及電容C3與C4之間電壓的輸出，并省略多個(gè)二極管，有利于簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，還能保證穩(wěn)定的信號(hào)輸出。本發(fā)明的五電平逆變電路，還包括用于提供直流電源的輔助電源，該輔助電源包括整流模塊、用于把整流后的電源逆變成高頻交流電的逆變模塊、起隔離作用的高頻變壓器以及整流穩(wěn)壓輸出模塊；所述整流模塊的輸入端與交流電源相連接，整流穩(wěn)壓輸出模塊具有分別接到四個(gè)串聯(lián)電容(Cl、C2、C3、C4)兩端的五個(gè)輸出端，這五個(gè)輸出端輸出的電壓分別為-2mV、-lmV、0V、+lmV、+2mV, m為常數(shù)。采用具有五電平輸出的輔助電源，有利于保證五電平逆變電路具有穩(wěn)定的電壓輸出。本發(fā)明的五電平逆變電路，所述四個(gè)箝位二極管(D1、D2、D3、D4)為快恢復(fù)二極管； 所述功率開(kāi)關(guān)器件(Vl、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10)為絕緣柵雙極型晶體管IGBT或集成門(mén)極換流晶閘管IGCT。本發(fā)明的由五電平逆變電路構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，包括用于對(duì)高壓電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪孀冸娐?，其特別之處在于所述逆變電路由上面所述的五電平逆變電路構(gòu)成。本發(fā)明的由五電平逆變電路構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，所述逆變電路的輸入端連接有輔助電源，逆變電路與高壓電網(wǎng)之間設(shè)置有電感濾波電路。本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明的五電平逆變電路三相單橋壁共用直流母線， 不存在串聯(lián)的單元，有效避免了各單元電源不平衡問(wèn)題；(2)本發(fā)明的五電平逆變電路用于無(wú)功補(bǔ)償裝置中時(shí)，三相對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)其輸出功率瞬時(shí)值等于0，不存在與電網(wǎng)交換能量的過(guò)程，因此本發(fā)明中設(shè)置的母線電容比單元級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)中的儲(chǔ)能電容小的多；(3)本發(fā)明中還可設(shè)置用于提供電能的輔助電源，有效保證了四個(gè)電容電壓的均衡；(4)本發(fā)明的五電平逆變電路和由其組成的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，對(duì)于三相不均衡負(fù)載，亦可完成無(wú)功補(bǔ)償。

圖1為本發(fā)明的五電平逆變電路的原理圖；圖2為現(xiàn)有五電平逆變電路的原理圖；圖3為本發(fā)明的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的原理圖；圖4為本發(fā)明中輔助電源的電路原理圖。圖中1單橋臂逆變電路，2輔助電源，3逆變電路，4電感濾波電路，5高壓電網(wǎng)。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，給出了本發(fā)明中五電平逆變電路的原理圖，其包括四個(gè)起穩(wěn)壓作用的等值電容(Cl、C2、C3、C4)以及三個(gè)單橋臂逆變電路1，所示的每個(gè)單橋臂逆變電路均包括依次正向串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(Vl、V2、V3、V4、V6、V7、V8、V9 )、四個(gè)依次正向串聯(lián)的二極管(Dl、D2、D3、D4)以及兩個(gè)起箝位作用的功率開(kāi)關(guān)器件(V5、V10)；所示的四個(gè)電容 (C1、C2、C3、C4)依次串聯(lián)后接到直流電源的正負(fù)極上。八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件依次正向串聯(lián)后的集電極接到直流電源的正極上，發(fā)射極一端接到電源的負(fù)極上；四個(gè)二極管(Dl、D2、D3、 D4)依次正向串聯(lián)后，負(fù)極接到功率開(kāi)關(guān)器件V2與V3之間的連線上，正極接到功率開(kāi)關(guān)器件V8與V9之間的連線上；二極管D2與D3之間連線上的點(diǎn)與電容C2與C3之間連線上的點(diǎn)相連接，這樣就可保證二極管D2與D3之間連線上為零電位狀態(tài)。功率開(kāi)關(guān)器件V5的發(fā)射極與電容Cl與C2之間的連線相連接，集電極與功率開(kāi)關(guān)器件Vl與V2之間的連線相連接；功率開(kāi)關(guān)器件VlO的發(fā)射極與電容C3與C4之間的連線相連接，集電極與功率開(kāi)關(guān)器件 V8與V9之間的連線相連接。圖1中給出了 A、B、C三相逆變電路的示意圖，將以上所述的器件標(biāo)號(hào)的字母與數(shù)字之間加上A、B或C，即為相應(yīng)電路器件和連接關(guān)系的描述。所示的功率開(kāi)關(guān)器件(VI、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10)均可通過(guò)控制信號(hào)對(duì)基極的控制，來(lái)控制其導(dǎo)通和截止；功率開(kāi)關(guān)器件的發(fā)射極與集電極之間并聯(lián)有反向二極管，使其具有發(fā)擊穿功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率開(kāi)關(guān)器件的保護(hù)；其可采用絕緣柵雙極型晶體管 IGBT或集成門(mén)極換流晶閘管IGCT。四個(gè)二極管(D1、D2、D3、D4)選取為快恢復(fù)二極管。圖2給出了現(xiàn)有五電平逆變電路的原理圖，圖1中的五電平逆變電路相對(duì)于圖2 中的電路來(lái)說(shuō)，每相增設(shè)了兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件、省去了八個(gè)箝位二極管，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，成本也降低，更加有利于產(chǎn)品的制作和使用。設(shè)電源正電壓、電源負(fù)電壓、電容Cl與C2之間電壓、電容C4與C3之間電壓、 電容C2與C3之間電壓分別為+2mV、_2mV、+lmV、_lmV、0V，圖1中以功率開(kāi)關(guān)器件V4與 V6之間連線上的點(diǎn)為輸出端，在以零電平為參考電壓，要求輸出電壓Vo分別為+2mV、 +lmV、-2mV、-lmV、0V時(shí)，所對(duì)應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)分別為Vo=2mV 時(shí)，開(kāi)通 VI、V2、V3、V4、V10,斷開(kāi) V5、V6、V7、V8、V9 ；Vo=ImV 時(shí)，開(kāi)通 V2、V3、V4、V5、V10,斷開(kāi) VI、V6、V7、V8、V9 ；Vo=-2mV 時(shí)，開(kāi)通 V5、V6、V7、V8、V9，斷開(kāi) VI、V2、V3、V4、VlO ；Vo=-ImV 時(shí)，開(kāi)通 V5、V6、V7、V8、VlO，斷開(kāi) VI、V2、V3、V4、V9 ；Vo=OV 時(shí)，開(kāi)通 V3、V4、V6、V7、V5、V10，斷開(kāi) VI、V2、V8、V9。如圖4所示，給出了輔助電源2的電路原理圖，其包括整流模塊、逆變模塊、高頻變壓器、整流穩(wěn)壓輸出模塊；整流模塊的輸入端與交流電源相連接，輸出端與逆變模塊相連接，逆變模塊用于實(shí)現(xiàn)把電源變成高頻交流電；高頻變壓器實(shí)現(xiàn)一定的隔離作用。整流穩(wěn)壓輸出模塊具有分別接到四個(gè)串聯(lián)電容(Cl、C2、C3、C4)兩端的五個(gè)輸出端，這五個(gè)輸出端輸出的電壓分別為-2mV、-lmV、0V、+lmV、+2mV，m為常數(shù)。如圖3所示，給出了由五電平逆變電路構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的原理圖，其包括輔助電源2、逆變電路3、電感濾波電路4、高壓電網(wǎng)5 ；輔助電源2采用圖4中所示的電源，逆變電路采用圖1中所示的電路；電感濾波電路4實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的濾波，去除干擾和雜質(zhì)信號(hào)，以便輸入到高壓電網(wǎng)5中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功功率補(bǔ)償，以便增加整個(gè)電網(wǎng)的功率因數(shù)，有效提高電能的利用率。
權(quán)利要求1.一種五電平逆變電路，包括相互串聯(lián)用于與直流電源相連接的四個(gè)等值電容(Cl、 C2、C3、C4)以及由三個(gè)單橋臂逆變電路(1)組成的三相逆變電路，其特征在于所述單橋臂逆變電路包括依次正向串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(VI、V2、V3、V4、V6、V7、V8、V9)、依次正向串聯(lián)的四個(gè)箝位二極管(D1、D2、D3、D4)以及兩個(gè)起箝位作用的功率開(kāi)關(guān)器件(V5、V10)， 相串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件的兩端分別接于電容電路的兩端；相串聯(lián)的四個(gè)二極管一端接于功率開(kāi)關(guān)器件V2和V3之間的連線上，另一端接于功率開(kāi)關(guān)器件V7和V8之間的連線上； 所述功率開(kāi)關(guān)器件V5的一端接于電容Cl與C2之間，另一端接于功率開(kāi)關(guān)器件Vl和V2之間；所述功率開(kāi)關(guān)器件VlO的一端接于電容C3與C4之間，另一端接于功率開(kāi)關(guān)器件V8和 V9之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平逆變電路，其特征在于還包括用于提供直流電源的輔助電源(2 )，該輔助電源包括整流模塊、用于把整流后的電源逆變成高頻交流電的逆變模塊、起隔離作用的高頻變壓器以及整流穩(wěn)壓輸出模塊；所述整流模塊的輸入端與交流電源相連接，整流穩(wěn)壓輸出模塊具有分別接到四個(gè)串聯(lián)電容(C1、C2、C3、C4)兩端的五個(gè)輸出端， 這五個(gè)輸出端輸出的電壓分別為_(kāi)2mV、-lmV、0V、+lmV、+2mV, m為常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五電平逆變電路，其特征在于所述四個(gè)箝位二極管 (DU D2、D3、D4)為快恢復(fù)二極管；所述功率開(kāi)關(guān)器件(VI、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、 V10)為絕緣柵雙極型晶體管IGBT或集成門(mén)極換流晶閘管IGCT。
4.一種由權(quán)利要求1所述的五電平逆變電路構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，包括用于對(duì)高壓電網(wǎng)(5)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪孀冸娐?3)，其特征在于所述逆變電路由權(quán)利要求1所述的五電平逆變電路構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于所述逆變電路(3)的輸入端連接有輔助電源(2 )，逆變電路與高壓電網(wǎng)(5 )之間設(shè)置有電感濾波電路(4 )。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型的五電平逆變電路，包括四個(gè)等值電容(C1、C2、C3、C4)以及三個(gè)單橋臂逆變電路(1)，特征在于單橋臂逆變電路包括八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(V1、V2、V3、V4、V6、V7、V8、V9)、四個(gè)二極管(D1、D2、D3、D4)和兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(V5、V10)，相串聯(lián)的八個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件兩端分別接于電容的兩端；相串聯(lián)的四個(gè)二極管兩端分別接于功率開(kāi)關(guān)器件V2和V3之間以及V7和V8之間；功率開(kāi)關(guān)器件V5的兩端分別接于電容C1與C2以及功率開(kāi)關(guān)器件V1和V2之間。由其構(gòu)成的高壓無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)不存在串聯(lián)單元，避免了單元電源的不平衡；三相對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)其輸出功率瞬時(shí)值等于0，不存在與電網(wǎng)能量交換，本實(shí)用新型中母線電容的儲(chǔ)能電容小。本實(shí)用新型利用兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件替代部分箝位二極管，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和易于應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/487GK202206328SQ20112035327
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
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