專利名稱：基于隔離型雙向變換器的級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量改善方法，特別是涉及一種級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中，由于不對(duì)稱或非線性負(fù)載的使用，其產(chǎn)生的三相不平衡負(fù)序和高次諧波電 流注入三相電網(wǎng)系統(tǒng)，影響了供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)引起大量的附加損耗。有源電 力濾波器及無功補(bǔ)償器等裝置是有效的改善電能質(zhì)量的方案。然而在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用中，由 于受到器件耐壓的限制，常用的方式是通過工頻變壓器連接通用的逆變橋主電路與高壓電網(wǎng)， 然而笨重的工頻變壓器大大增加了電力電子變換裝置的成本、體積，并且限制了系統(tǒng)的效率。 級(jí)聯(lián)式補(bǔ)償裝置是高壓系統(tǒng)中常見的應(yīng)用裝置，但是因?yàn)橥負(fù)浣Y(jié)構(gòu)中不同相的儲(chǔ)能電容的能 量無法交換，因此使得這種結(jié)構(gòu)對(duì)于負(fù)序分量的補(bǔ)償受到一定的限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決級(jí)聯(lián)多電平電路不同相的儲(chǔ)能電容能量交換問題， 為主電路實(shí)現(xiàn)負(fù)序補(bǔ)償提供能量交換通道。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
通過高頻隔離型多端口雙向變換器來實(shí)現(xiàn)不同相之間電容上的能量交換。在級(jí)聯(lián)多電平 電路中，通過多端口雙向變換器(Converter—k)建立各相儲(chǔ)能電容之間的能量交換通道。將 負(fù)序能量流入相上電容的能量通過隔離雙向變換器，向負(fù)序流出相上的電容進(jìn)行轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn) 各相的負(fù)序補(bǔ)償，提高電能質(zhì)量。
本發(fā)明的有益效果-
本發(fā)明在級(jí)聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過隔離雙向變換器平衡各相的負(fù)序能量。通 過采用負(fù)序能量平衡的方式，克服了傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)多電平電路使用的局限性，拓寬了級(jí)聯(lián)多電平 電路的應(yīng)用領(lǐng)域。
圖l為典型三相單級(jí)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償結(jié)構(gòu)框圖 圖2為典型三相k級(jí)級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償結(jié)構(gòu)框圖 圖3(a)為二電平的H橋結(jié)構(gòu)單元。 圖3 (b)為二極管箝位的三電平結(jié)構(gòu)單元。圖4為N相k級(jí)級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明
圖1是典型三相單級(jí)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償結(jié)構(gòu)框圖，三個(gè)功率單元A" B!、 d分別
構(gòu)成A、 B、 C三相橋臂，電容Cw、 CB1、 Cd分別是功率單元A,、 B!、 d的儲(chǔ)能電容。當(dāng) 負(fù)序電流出現(xiàn)時(shí)，將導(dǎo)致各相上的電容電壓不平衡，負(fù)序電流使得儲(chǔ)能電容上的電壓出現(xiàn)波 動(dòng)，能量流入相上的電容電壓將上升，能量流出相上的電容電壓將下降。每個(gè)雙向變換器單 元有三個(gè)端口，分別是P/u、 PB1、 PC1,三個(gè)端口分別與Ca,、 Cbk Cd相連，實(shí)現(xiàn)能量在三 者之間的交換，即能量從負(fù)序能量流入相上的電容流向負(fù)序能量流出相上的電容，以此保證 電容上能量的平衡。
圖2是典型三相k級(jí)級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償結(jié)構(gòu)框圖。理論上，級(jí)數(shù)k取大于等 于l的任意正整數(shù)。功率単元Ak A2……Ak構(gòu)成A相橋臂；Bk B2……Bk構(gòu)成B相橋臂； Ci、 C2……Ck構(gòu)成C相橋臂；電容CAi、 Ca2……CAk是Ai、 A2……Ak的儲(chǔ)能電容。同理，
Cbi、 Cb2……CBk是Bi、 B2 Bk的儲(chǔ)能電容，Cci、 Cc2......Cck是Ci、 C2 Ck的儲(chǔ)能
電容。當(dāng)負(fù)序電流出現(xiàn)時(shí)，將導(dǎo)致各相上的電容電壓不平衡，以第k級(jí)級(jí)聯(lián)單元為例，負(fù)序
電流使得CAk、 CBk、 Cck上的電壓出現(xiàn)波動(dòng)，能量流入相上的電容電壓將上升，能量流出相
上的電容電壓將下降。對(duì)于圖中所示方案，可能出現(xiàn)一相負(fù)序能量流入、二相流出的情況， 也可能出現(xiàn)一相負(fù)序能量流出、二相流入的情況。
雙向變換器在圖中表示為Converter—1, Converter—1......Converter—k，其中Converter_k
為第k級(jí)功率單元對(duì)應(yīng)的變換器單元。每個(gè)變換器單元有三個(gè)端口，分別是P"、 Pb" Pck， 三個(gè)端口分別與CAk、 CBk、 Cck相連，實(shí)現(xiàn)能量在三者之間的交換，即能量從負(fù)序能量流入 相上的電容流向負(fù)序能量流出相上的電容，以此保證電容上能量的平衡。
圖3是功率單元的不同結(jié)構(gòu)形式示例。其中圖3 (a)是二電平的H橋結(jié)構(gòu)單元，圖3 (b)是二極管箝位的三電平結(jié)構(gòu)單元，其他類型的結(jié)構(gòu)單元在此不做一一羅列。對(duì)應(yīng)于圖2 中級(jí)聯(lián)的功率單元Ak的線端標(biāo)號(hào)Akl、 Ak2、 Ak3、 Ak4,圖3中功率單元的輸出端口 Pi、
P2、 P3、 P4。
圖4是N相k級(jí)級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償結(jié)構(gòu)框圖，理論上，相數(shù)N取大于等于2 的任意正整數(shù)，級(jí)數(shù)k取大于等于l的任意正整數(shù)。如圖4所示，系統(tǒng)包括N相橋臂，此時(shí) 多端口雙向變換器的端口數(shù)相應(yīng)為N，建立各相之間電容能量交換的通道。
權(quán)利要求
1.基于隔離型雙向變換器的級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法，其特征在于在級(jí)聯(lián)多電平電路中(Ak)、(Bk)、(Ck)分別是A、B、C相多電平電路的第k級(jí)功率單元，k≥1；多端口雙向變換器通過端口(PAk)連接(Ak)的儲(chǔ)能電容(CAk)，通過端口(PBk)連接(Bk)的儲(chǔ)能電容(CBk)，通過端口(PCk)連接(Ck)的儲(chǔ)能電容(CCk)；通過多端口的雙向變換器，在各相之間平衡級(jí)聯(lián)式橋式電路各個(gè)儲(chǔ)能電容的能量，實(shí)現(xiàn)負(fù)序補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于隔離型雙向變換器的級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法，其 特征在于級(jí)聯(lián)多電平電路不同相的儲(chǔ)能電容的能量通過雙向變換器進(jìn)行傳遞；在典型的三 相系統(tǒng)中，多端口雙向變換器的高頻隔離變壓器有三個(gè)相繞組，分別對(duì)應(yīng)三相；定義負(fù)序電 流流入側(cè)為原邊相，負(fù)序電流流出側(cè)為副邊相，則高頻變壓器的三個(gè)端口分配有兩種形式， 即一個(gè)原邊兩個(gè)副邊相，或者是兩個(gè)原邊一個(gè)副邊相。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于隔離型雙向變換器的級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法，其 特征在于在三相系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增減相數(shù)，能夠擴(kuò)展成兩相或者大于三相的多相系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于隔離型雙向變換器的級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法，其 特征在于在三相系統(tǒng)中，多端口雙向變換器的高頻隔離變壓器的容量一般情況下小于傳統(tǒng) 工頻變壓器容量的三分之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于隔離型雙向變換器的級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法，其 特征在于所提出方法適用于多種結(jié)構(gòu)形式的功率單元2H橋、3H橋或者采用其他可控器 件構(gòu)成的適合于級(jí)聯(lián)多電平電路的功率單元；也適用于各種不同功率單元構(gòu)成的混合式主電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于隔離型雙向變換器的級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法，其特征在于在多級(jí)的級(jí)聯(lián)多電平電路中，不同級(jí)的功率單元之間也能通過多端口雙向變換器進(jìn)行功率交換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于隔離型雙向變換器的級(jí)聯(lián)多電平電路的負(fù)序補(bǔ)償方法，涉及一種電能質(zhì)量改善方法，它是通過高頻隔離的多端口雙向變換器來實(shí)現(xiàn)不同相之間儲(chǔ)能電容上的能量交換。多端口雙向變換器通過端口(P<sub>Ak</sub>)連接(A<sub>k</sub>)的儲(chǔ)能電容(C<sub>Ak</sub>)，通過端口(P<sub>Bk</sub>)連接(B<sub>k</sub>)的儲(chǔ)能電容(C<sub>Bk</sub>)，通過端口(P<sub>Ck</sub>)連接(C<sub>k</sub>)的儲(chǔ)能電容(C<sub>Ck</sub>)，k≥1；通過多端口的雙向變換器，在各相之間平衡級(jí)聯(lián)橋式電路各個(gè)儲(chǔ)能電容的能量，實(shí)現(xiàn)負(fù)序補(bǔ)償。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了級(jí)聯(lián)多電平電路相與相之間的電容能量的交換，克服了現(xiàn)有級(jí)聯(lián)多電平電路無法實(shí)現(xiàn)負(fù)序平衡的問題。本發(fā)明還能用于多相系統(tǒng)，極大擴(kuò)展了級(jí)聯(lián)多電平電路的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02J3/01GK101345422SQ20081011957
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者楊曉峰, 飛 林, 游小杰, 賀明智, 鄭瓊林, 郝瑞祥, 黃先進(jìn) 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)