本發(fā)明涉及一種適用于有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)變流器的交流側(cè)充電的軟啟動方法，尤其是一種安全可靠高效的交流側(cè)充電的軟啟動電路和方法。

背景技術(shù)：

有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)三相變流器，其電路如圖1所示，其每相橋臂由十二個(gè)有反并聯(lián)二極管的主開關(guān)管(s1、s2、s3、s4、兩個(gè)s5、兩個(gè)s6、兩個(gè)s7、兩個(gè)s8)和一個(gè)飛跨電容(cf)構(gòu)成。這種三相五電平變流器能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電功能，也可以帶負(fù)載獨(dú)立運(yùn)行和驅(qū)動電機(jī)，而且電路中主開關(guān)管的電壓應(yīng)力均為母線電壓的四分之一。但是，電路中存在較多的電容，包括母線電容和飛跨電容，在電容建壓策略方面有著較大的困難，既不能產(chǎn)生很大的充電電流，又不能增大主開關(guān)管的電壓應(yīng)力。

經(jīng)檢索，公開號為202261005u的中國專利申請，該實(shí)用新型提供了一種anpc五電平變流器的預(yù)充電電路，包括整流部分、限流部分和分壓部分，三相不可控整流得到的電壓，通過限流電阻給母線電容和飛跨電容充電，并根據(jù)大電阻的分壓比為母線電容和飛跨電容充電值設(shè)定值。該實(shí)用新型解決了該變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接充電造成的過電流問題，并將電容器電壓充至設(shè)定值。但是該專利提出的軟啟動策略主要目的只是在于解決該拓?fù)渲苯映潆娫斐傻倪^電流問題，因此并不是安全可靠高效的軟啟動，而且適用性不強(qiáng)，不能同時(shí)適用于兩相anpc橋臂的h橋電路、三相三線制/三相四線制的anpc電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供適用于有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)變流器的交流側(cè)充電的軟啟動電路和方法，不僅適用于三相三線制的anpc逆變器電路，而且適用于三相四線制的anpc逆變器電路和兩相anpc橋臂的h橋電路。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種有源中點(diǎn)箝位五電平變流器交流側(cè)充電軟啟動電路，包括：三相交流電源，限流電阻，與限流電阻并聯(lián)的第一開關(guān)，與限流電阻串聯(lián)的第二開關(guān)，以及上母線電容cup、下母線電容cdown；其中：

所述限流電阻至少兩個(gè)，所述第一開關(guān)數(shù)量與所述限流電阻數(shù)量相同，其中一個(gè)所述限流電阻與一個(gè)所述第一開關(guān)并聯(lián)；所述第二開關(guān)數(shù)量為3個(gè)，連接于所述三相交流電源的三相與所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器的單相橋臂之間；所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器的單相橋臂同時(shí)連接到所述上母線電容cup、所述下母線電容cdown之間；

一個(gè)所述限流電阻經(jīng)與其串聯(lián)的一個(gè)所述第二開關(guān)連接到所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中任一單相橋臂；每個(gè)所述限流電阻與所述三相交流電源之間設(shè)置一個(gè)輸出濾波電感l(wèi)。

進(jìn)一步的，所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器單相橋臂包括：十二個(gè)具有反并聯(lián)二極管的主開關(guān)和一個(gè)飛跨電容cf，所述十二個(gè)具有反并聯(lián)二極管的主開關(guān)管分別為：一個(gè)主開關(guān)管s1、一個(gè)主開關(guān)管s2、一個(gè)主開關(guān)管s3、一個(gè)主開關(guān)管s4、兩個(gè)主開關(guān)管s5、兩個(gè)主開關(guān)管s6、兩個(gè)主開關(guān)管s7、兩個(gè)主開關(guān)管s8，其中：兩個(gè)主開關(guān)管s5、一個(gè)主開關(guān)管s3、一個(gè)主開關(guān)管s1、一個(gè)主開關(guān)管s2、一個(gè)主開關(guān)管s4、兩個(gè)主開關(guān)管s8依次串聯(lián)后與上母線電容cup、下母線電容cdown并聯(lián)，在主開關(guān)管s1、s2的連接點(diǎn)引出單相橋臂的交流出線，兩個(gè)主開關(guān)管s6、兩個(gè)主開關(guān)管s7依次串聯(lián)后與主開關(guān)管s3、s1、s2、s4串聯(lián)成的整體并聯(lián)，主開關(guān)管s6、s7的連接點(diǎn)與上母線電容cup、下母線電容cdown的連接點(diǎn)相連，飛跨電容cf與主開關(guān)管s1、s2串聯(lián)成的整體并聯(lián)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種有源中點(diǎn)箝位五電平變流器交流側(cè)充電軟啟動方法，包括以下步驟：

步驟s01：上母線電容cup、下母線電容cdown的電壓均為零，飛跨電容cfa、cfb、cfc的電壓也為零，所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)均斷開，有源中點(diǎn)箝位五電平變流器處于停機(jī)狀態(tài)；此時(shí)，閉合所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8，并閉合第二開關(guān)，由三相交流電源通過所述限流電阻給上母線電容cup、下母線電容cdown和飛跨電容充電；

步驟s02：當(dāng)飛跨電容電壓達(dá)到設(shè)定值e，其中e表示總母線電壓設(shè)定值的四分之一，斷開所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8，并閉合所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的主開關(guān)管s7，由三相交流電源通過所述限流電阻給上母線電容cup充電；

步驟s03：當(dāng)上母線電容cup電壓達(dá)到設(shè)定值2e，即母線電壓的二分之一時(shí)，斷開所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的主開關(guān)管s7，并閉合所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的主開關(guān)管s6，由三相交流電源通過所述限流電阻給下母線電容cdown充電；

步驟s04：當(dāng)下母線電容cdown電壓達(dá)到設(shè)定值2e，即母線電壓的二分之一時(shí)，斷開所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的主開關(guān)管s6，并閉合第一開關(guān)，軟啟動過程完成，所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器處于待機(jī)狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述方法利用所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8將飛跨電容與上母線電容cup、下母線電容cdown并聯(lián)，使飛跨電容和上母線電容cup、下母線電容cdown同時(shí)由三相交流電源充電。

優(yōu)選地，所述方法通過對所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的主開關(guān)管s6、s7的控制，實(shí)現(xiàn)飛跨電容電壓優(yōu)先于上母線電容cup、下母線電容cdown電壓達(dá)到其設(shè)定值，保證所述有源中點(diǎn)箝位五電平變流器中單相橋臂的所有主開關(guān)管的電壓應(yīng)力均不高于母線電壓的四分之一。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)變流器的交流側(cè)充電的軟啟動方法，僅需要六個(gè)附加開關(guān)k1、k2、k3、k4、k5、k6和三個(gè)附加電阻r1、r2、r3，附加電路極為簡單；

同時(shí)，本發(fā)明將每相的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8、s6、s7作為軟啟動的一部分，并保留了每相橋臂的完整獨(dú)立性，實(shí)現(xiàn)飛跨電容電壓優(yōu)先于母線電容電壓達(dá)到其設(shè)定值，保證各主開關(guān)的電壓應(yīng)力均不高于母線電壓的四分之一，實(shí)現(xiàn)安全可靠高效的軟啟動；

最后，本發(fā)明提出的軟啟動方法，不僅適用于三相三線制的anpc逆變器電路，而且適用于三相四線制的anpc逆變器電路和兩相anpc橋臂的h橋電路。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為現(xiàn)有的三相anpc逆變器電路圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例軟啟動電路的電路圖；

圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例軟啟動電路的電路圖；

圖4為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的軟啟動方法步驟示意圖；

圖5為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的在軟啟動過程中的控制脈沖時(shí)序和電容電壓波形圖；

圖6～圖10為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的在軟啟動過程中各階段的工作等效電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖2所示，一種適用于有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)變流器的交流側(cè)充電的軟啟動電路，包括：三相交流電源，限流電阻r1、r2、r3，與限流電阻r1、r2、r3分別并聯(lián)的開關(guān)k1、k2、k3，與限流電阻r1、r2、r3分別串聯(lián)的開關(guān)k4、k5、k6，上母線電容cup、下母線電容cdown；

有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)變流器三相a、b、c中每一相電路包括：由十二個(gè)具有反并聯(lián)二極管的主開關(guān)(s1、s2、s3、s4、兩個(gè)s5、兩個(gè)s6、兩個(gè)s7、兩個(gè)s8)和一個(gè)飛跨電容cf組成的有源中點(diǎn)箝位五電平單相橋臂，以及三個(gè)分別接在限流電阻r1、r2、r3與三相交流電源之間的輸出濾波電感l(wèi)。如圖中所示，十二個(gè)具有反并聯(lián)二極管的主開關(guān)、電容中，其中下標(biāo)包含a的，表示a相電路中元器件；下標(biāo)包含b的，表示b相電路中元器件；下標(biāo)包含c的，表示c相電路中元器件。

在圖2所示實(shí)施例中，所述的限流電阻r1、r2、r3分別與開關(guān)k1、k2、k3并聯(lián)，限流電阻r1、r2、r3的一端與三個(gè)輸出濾波電感l(wèi)相連、另一端與對應(yīng)的有源中點(diǎn)箝位五電平單相橋臂的輸出端相連。

如圖3所示，在另一優(yōu)選實(shí)施例中，其他結(jié)構(gòu)與圖2相同，區(qū)別在于限流電阻和開關(guān)的設(shè)置，所述的限流電阻r1、r2分別與開關(guān)k1、k2并聯(lián)，限流電阻r1、r2的一端與輸出濾波電感l(wèi)相連、另一端與對應(yīng)的有源中點(diǎn)箝位五電平單相橋臂的輸出端相連。

如圖4所示，一種適用于有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)變流器的交流側(cè)充電的軟啟動方法，包括以下步驟：

步驟s01：上母線電容cup、下母線電容cdown的電壓均為零，飛跨電容cfa、cfb、cfc的電壓也為零，開關(guān)k1、k2、k3、k4、k5、k6均斷開，anpc有源中點(diǎn)箝位五電平三相變流器處于停機(jī)狀態(tài)；此時(shí)，閉合每相的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8，并閉合開關(guān)k4、k5、k6，由三相交流電源通過限流電阻r1、r2、r3給上母線電容cup、下母線電容cdown和飛跨電容cfa、cfb、cfc充電；

步驟s02：當(dāng)飛跨電容cfa、cfb、cfc電壓達(dá)到設(shè)定值e(e表示總母線電壓設(shè)定值的四分之一，下同)，即母線電壓的四分之一時(shí)，斷開每相的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8，并閉合每相的主開關(guān)管s7，由三相交流電源通過限流電阻r1、r2、r3給上母線電容cup充電；

步驟s03：當(dāng)上母線電容cup電壓達(dá)到設(shè)定值2e，即母線電壓的二分之一時(shí)，斷開每相的主開關(guān)管s7，并閉合每相的主開關(guān)管s6，由三相交流電源通過限流電阻r1、r2、r3給下母線電容cdown充電；

步驟s04：當(dāng)下母線電容cdown電壓達(dá)到設(shè)定值2e，即母線電壓的二分之一時(shí)，斷開每相的主開關(guān)管s6，并閉合開關(guān)k1、k2、k3，軟啟動過程完成，anpc有源中點(diǎn)箝位五電平三相變流器處于待機(jī)狀態(tài)。

對于適用于有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)變流器的交流側(cè)充電的軟啟動方法，軟啟動過程中的控制脈沖時(shí)序和電容電壓波形，如圖5所示；

其中：

階段1(t0-t1):

如圖6所示，上母線電容cup、下母線電容cdown的電壓均為零，飛跨電容cfa的電壓也為零，開關(guān)k1、k2、k3、k4、k5、k6均斷開，anpc有源中點(diǎn)箝位五電平三相變流器處于停機(jī)狀態(tài)。

階段2(t1-t2):

如圖7所示，閉合每相的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8(具體是圖7中的sa3、sa4、sa5、sa8，sb3、sb4、sb5、sb8，sc3、sc4、sc5、sc8)，并閉合開關(guān)k4、k5、k6，由三相交流電源通過限流電阻r1、r2、r3給上母線電容cup、下母線電容cdown和飛跨電容cfa、cfb、cfc充電，直至飛跨電容cfa、cfb、cfc電壓達(dá)到設(shè)定值e(e表示總母線電壓設(shè)定值的四分之一，下同)，即母線電壓的四分之一。

階段3(t2-t3):

如圖8所示，斷開每相的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8(具體是sa3、sa4、sa5、sa8，sb3、sb4、sb5、sb8，sc3、sc4、sc5、sc8)，并閉合每相的主開關(guān)管s7(具體是sa7、sb7、sc7)，由三相交流電源通過限流電阻r1、r2、r3給上母線電容cup充電，直至上母線電容cup電壓達(dá)到設(shè)定值2e，即母線電壓的二分之一。

階段4(t3-t4):

如圖9所示，斷開每相的主開關(guān)管s7(具體是sa7、sb7、sc7)，并閉合每相的主開關(guān)管s6(具體是sa6、sb6、sc6)，由三相交流電源通過限流電阻r1、r2、r3給下母線電容cdown充電，直至下母線電容cdown電壓達(dá)到設(shè)定值2e，即母線電壓的二分之一。

階段5(t4-t5):

如圖10所示，斷開每相的主開關(guān)管s6(具體是sa6、sb6、sc6)，并閉合開關(guān)k1、k2、k3，anpc有源中點(diǎn)箝位五電平三相變流器處于待機(jī)狀態(tài)。

對于圖3所示的實(shí)施例，其具體實(shí)施與上述圖2所示實(shí)施例類似，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在上述描述基礎(chǔ)上，是很容易理解的，此處不再詳述。

基于上述實(shí)施例，本發(fā)明所述的適用于有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)變流器的交流側(cè)充電的軟啟動技術(shù)，利用三相交流電源給變流器中的電容充電，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，增加的輔助支路較少，附加電路極為簡單；最多僅需要六個(gè)附加開關(guān)k1、k2、k3、k4、k5、k6和三個(gè)附加電阻r1、r2、r3；

同時(shí)，本發(fā)明將每相的主開關(guān)管s3、s4、s5、s8、s6、s7作為軟啟動的一部分，并保留了每相橋臂的完整獨(dú)立性，實(shí)現(xiàn)飛跨電容電壓優(yōu)先于母線電容電壓達(dá)到其設(shè)定值，保證各主開關(guān)的電壓應(yīng)力均不高于母線電壓的四分之一，實(shí)現(xiàn)安全可靠高效的軟啟動；

最后，本發(fā)明不僅適用于三相三線制的anpc逆變器電路，而且適用于三相四線制的anpc逆變器電路和兩相anpc橋臂的h橋電路。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。