專利名稱：一種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及級聯(lián)逆變電路領域，具體的說，涉及到一種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路。
背景技術：
多電平變換器由于輸出波形畸變小、dv/dt小和系統(tǒng)的EMI小等特點成為當前研究的熱點，而且越來越廣泛的應用于大功率電機驅(qū)動和交直流電カ傳輸?shù)确矫?。但是目前的多電平變換器都存在種種缺點，尤其當輸出電平數(shù)增加時，系統(tǒng)拓撲結(jié)構和控制復雜性顯著增加，而對于飛跨電容式多電平變換器還存在電容電壓不平衡的問題，這些問題都會大大降低系統(tǒng)的可靠性。相對于ニ極管箱位型和飛跨電容型多電平變換器來說，級聯(lián)型拓撲具有需要最少數(shù)量的器件、不需要大量的箝位ニ極管和飛跨電容、易于模塊化和易于采用軟開關技術等優(yōu)點，較適合于電網(wǎng)接ロ，但是需要多個直流電壓源。當采用不可控整流得到這些直流源，為減小對電網(wǎng)的諧波干擾，通常采用多繞組曲折變壓器的多重化來實現(xiàn)。這種變壓器體積龐大，成本高，設計困難。另ー方面，由于其結(jié)構的限制，難以實現(xiàn)四象限運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路，通過采用儲能電容來代替直流電源，可以在保持電容電壓穩(wěn)定的情況下，輸出多個電平，從而提高輸出的電能質(zhì)量，降低輸出諧波，提高系統(tǒng)的可靠性。如果該電路應用于電機驅(qū)動裝置，制動時，可以把部分能量存貯在電容里，從而提高了系統(tǒng)的效率。本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn)ー種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路，由一個不對稱三電平電路和ー個H橋電路級聯(lián)構成，所述不對稱三電平電路和H橋電路的電壓輸出點通過開關器件調(diào)制后相連接，其特征在于，所述不對稱三電平電路連接直流電源，H橋電路連接儲能電容；當負載電壓為零時，將直流電源的一部分電能轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來；另一方面當負載處于無功狀態(tài)時，將被直流電源吸收的電能的部分或全部也轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來；當負載處于有功狀態(tài)時，在恰當?shù)臅r刻將儲能電容與直流電源串聯(lián)為負載供電，提高逆變器的電壓和直流電源的利用率。在本發(fā)明的一個實施例中，所述儲能電容為電解電容、薄膜電容、陶瓷電容、超級電容中的ー種或幾種串、并聯(lián)而成。在本發(fā)明的一個實施例中，所述調(diào)制的方法為階梯波調(diào)制法、消除特定諧波法、載波調(diào)制法、空間矢量法或混合調(diào)制法。在本發(fā)明的一個實施例中，所述開關器件為絕緣柵極雙極晶體管、門極可關斷晶閘管、電カ場效應管或集成門極換流晶閘管。在本發(fā)明的一個實施例中，所述逆變電路設置有至少ー組，對于三相或以上的η、相対稱的負載通過η相直接供電；對于非対稱的負載，分別控制每相電路通過η相η+1線供電。本發(fā)明通過把不對稱多電平變換器和由懸浮電容H橋式變換器級聯(lián)構成混合級聯(lián)多電平變換器，減少了級聯(lián)逆變電路中隔離電源的數(shù)量。通過脈寬調(diào)制技術(PWM)，該變換器可以在保持電容電壓穩(wěn)定的情況下，輸出多個電平，從而提高輸出的電能質(zhì)量，降低輸出諧波，提高系統(tǒng)的可靠性。如果該電路應用于電機驅(qū)動裝置，制動時，可以把部分能量存
在電容至，從而提聞了系統(tǒng)的效率。


圖I為本發(fā)明所述的現(xiàn)有混合級聯(lián)電路的示意圖。圖2為本發(fā)明所述的混合級聯(lián)逆變電路的示意圖。圖3為本發(fā)明所述的第二實施例的示意圖。圖4為本發(fā)明所述的第三實施例的示意圖。圖5為本發(fā)明所述的混合級聯(lián)逆變電路的調(diào)制方法圖。圖6為本發(fā)明所述的電容控制原理圖。圖7為本發(fā)明所述的電容和逆變電路的輸出電流圖。圖8為本發(fā)明所述的級聯(lián)單元的輸出電壓圖。圖9為本發(fā)明所述的多相供電系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式
，進ー步闡述本發(fā)明。目前已有的混合級聯(lián)電路如圖I所示，該電路由兩個橋式電路級聯(lián)得到。ー個是H橋電路，另ー個是非対稱的三電平H橋電路。該電路具有需要最少數(shù)量的器件、不需要大量的嵌位ニ極管和飛跨電容，較適合于電網(wǎng)接ロ，但是需要多個直流電壓源。本發(fā)明提出的単相混合級聯(lián)逆變電路結(jié)構如圖2所示，其中Hl橋是ー個帶直流源的不對稱的3Η橋逆變器，Η2橋是ー個不帶直流源而帶電容C3的2Η橋逆變器，其中C3是ー個儲能電容，稱之為懸浮電容。兩個逆變單元經(jīng)過b與c兩點連接起來，最終輸出電壓為Uda。通過控制開關狀態(tài)保證懸浮電容兩端的電壓穩(wěn)定在設定的電壓值附近，從而來替代直流源。単相混合級聯(lián)逆變電路由一個不對稱三電平電路和ー個H橋電路級聯(lián)構成，H橋電路連接于ー個懸浮電容，該電容可以是普通的電解電容和超級電容，也可以是其它類型的電容器，或者幾種電容的串、并聯(lián)。不對稱三電平電路與ー個直流電源相連接。逆變電路的輸出是兩個個級聯(lián)單元的輸出疊加之和，通過不同的調(diào)制方法可以實現(xiàn)多電平輸出。則一定的工作方式下，懸浮電容可以一方面可以將直流源的一部分電能轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來；另ー方面當負載處于無功狀態(tài)時，將被直流源吸收的電能的部分或全部也轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來。當負載電壓為零時，將直流源的一部分電能轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來；另一方面當負載處于無功狀態(tài)時，將被直流源吸收的電能的部分或全部也轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來。當負載處于有功狀態(tài)時，在恰當?shù)臅r刻將儲能電容與直流源串聯(lián)為負載供電，這樣就可以提高逆變器的電壓和直流源的利用率。儲能電容電控制只能通過利用輸出電壓合成方式中的冗余方式來實現(xiàn)，因此，采用滯環(huán)比較器實現(xiàn)儲能電容電壓的實時控制是比較合適的，其控制原理是當儲能電容電壓大于滯環(huán)比較器的上限值時，逆變器輸出電壓合成方式采用冗余方式；當儲能電容電壓小于滯環(huán)比較器的下限值時，輸出電壓合成方式采用優(yōu)先方式。逆變器通過自動調(diào)整滯還比較器的上下限值，可以減少因儲能電容平均電壓的波動引起的輸出電壓諧波含量。其調(diào)制方法和電容電壓控制方法框圖如圖3和4所示。圖5給出來該控制方法下的電容和逆變電路的輸出電流，圖6給出了輸出電壓。該單相逆變電路可以通過組合實現(xiàn)多相輸出，圖7給出了 N相輸出的結(jié)構圖。從圖中可以看出該多相電路可以給對稱的負載供電。當每相逆變電路単獨控制時，可通過中線給非対稱的負載供電。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術 人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路，由一個不對稱三電平電路和一個H橋電路級聯(lián)構成，所述不對稱三電平電路和H橋電路的電壓輸出點通過開關器件調(diào)制后相連接，其特征在于，所述不對稱三電平電路連接直流電源，H橋電路連接儲能電容； 當負載電壓為零時，將直流電源的一部分電能轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來；另一方面當負載處于無功狀態(tài)時，將被直流電源吸收的電能的部分或全部也轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來；當負載處于有功狀態(tài)時，在恰當?shù)臅r刻將儲能電容與直流電源串聯(lián)為負載供電，提高逆變器的電壓和直流電源的利用率。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路，其特征在于，所述儲能電容為電解電容、薄膜電容、陶瓷電容、超級電容中的一種或幾種串、并聯(lián)而成。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路，其特征在于，所述調(diào)制的方法為階梯波調(diào)制法、消除特定諧波法、載波調(diào)制法、空間矢量法或混合調(diào)制法。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路，其特征在于，所述開關器件為絕緣柵極雙極晶體管、門極可關斷晶閘管、電力場效應管或集成門極換流晶閘管。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路，其特征在于，所述逆變電路設置有至少一組，對于三相或以上的n相對稱的負載通過n相直接供電；對于非對稱的負載，分別控制每相電路通過n相n+1線供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于儲能電容的級聯(lián)逆變電路，由一個不對稱三電平電路和一個H橋電路級聯(lián)構成，所述不對稱三電平電路和H橋電路的電壓輸出點通過開關器件調(diào)制后相連接，其特征在于，所述不對稱三電平電路連接直流電源，H橋電路連接儲能電容；逆變電路的輸出是兩個個級聯(lián)單元的輸出疊加之和，通過不同的調(diào)制方法可以實現(xiàn)多電平輸出。則一定的工作方式下，懸浮電容可以一方面可以將直流源的一部分電能轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來；另一方面當負載處于無功狀態(tài)時，將被直流源吸收的電能的部分或全部也轉(zhuǎn)移到儲能電容中儲存起來。
文檔編號H02M7/521GK102664548SQ201210145090
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者湯天浩, 王光希, 韓金剛 申請人:上海海事大學