三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置的製作方法
2023-04-27 19:05:21
專利名稱：三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種連接電網和電機進行電力轉換的裝置、尤其涉及一種三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置。
背景技術：
如圖I所示，為一種傳統的四象限運行的電源變 換裝置電路圖，由2個PWM變換裝置10構成。其中左邊的6個開關元件9和6個二極體8構成了一個變換裝置，連接在網側，右邊的6個開關元件9和6個二極體8構成了一個變換裝置10，連接在機側，中間通過2個串聯的電容器7並聯。當電機工作在一、三象限時，第一個變換裝置10工作在整流狀態，第二個變換裝置10工作在逆變狀態。當電機工作在二、四象限時，第一個變換裝置10工作在逆變狀態，第二個變換裝置10工作在整流狀態。但是這種四象限運行的電源變換裝置工作在高壓大功率場合時，開關元件承受過高電壓，而且開關頻率較高，增加了開關損耗，並且輸出波形中含有大量諧波，影響電機工作的穩定性和電網的質量。圖2是一種背靠背三電平四象限運行的電源變換裝置的主電路結構的電路圖。如圖2所示，在這種背靠背三電平四象限運行的電源變換裝置中，2個PWM變換裝置11是由24個開關元件9以及36個二極體8構成，2個PWM變換裝置中間通過2個串聯的電容器7並聯。在PWM變換裝置11中，開關元件％、92導通時各相的輸出端子和與p點連接的正母線連接，各相的輸出電壓變為高電平。使開關元件92、93導通時，各相的輸出端子與中性點c點連接，各相的輸出相電壓變成高電平和低電平中間的中間電平(中性點電壓)。使開關93、94導通時，各相的輸出端子和與n點連接的負母線連接，各相的輸出相電壓變成低電平。該背靠背三電平四象限運行的電源變換裝置中，利用電容器7的分壓得到中性點電壓，但是該中性點電壓隨著供給負載的電流而變動。中性點電壓變動時，過電壓作用於電容器7，可能會導致電容器7的壽命降低或損壞，而且中性點電壓偏移過大可能會導致開關元件失效，從而影響電機驅動系統的穩定性和電網電壓的質量。
發明內容
本發明的目的在於提供一種三相中性點鉗位式四象限運行的電源變換裝置，可以高效率地抑制中性點電壓的變動，提高安全性，提高輸出電壓的質量。為了實現上述目的，本發明的技術方案是提供一種三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置，包括2個三相PWM變換裝置，該三相PWM變換裝置具有正母線、負母線以及中性線，並分為3相設有中性點鉗位式PWM變換器，各中性點鉗位式PWM變換器在正母線和相輸出端子及負母線和相輸出端子之間分別串聯連接第一和第二開關元件及第三和第四開關元件，而且所述第一和所述第二開關元件的連接點及所述第三和所述第四開關元件的連接點分別經由鉗位元件與所述中性點連接，所述的2個三相PWM變換裝置的正母線、負母線及中性線分別連接，並且所述的正母線和中性線及所述的負母線和中性線之間分別串聯電容，具有第一個計算值求取裝置，用於求取第一個計算值，該第一個計算值為以下2值的代數和第一個三相PWM變換裝置，在PWM周期中所述的正母線、所述的負母線、所述的中性線分別與3相所述的相輸出端子連接的第一狀態下3相的輸出電壓的時間的計算值和在該狀態下流向中性點的電流值的乘積；第二個三相PWM變換裝置，在PWM周期中在所述的第一狀態下3相的輸出電壓的時間的計算值和在該狀態下流向中性點的電流值的乘積；第二個計算值求取裝置，用於求取第二個計算值，該第二個計算值為以下2值的代數和第一個三相PWM變換裝置，在PWM周期中將3相的所述相輸出端子中的2個與所述的正母線連接而3相的所述的相輸出端子中的I個與所述的中性線連接的第二狀態下的、或將3相的所述的相輸出端子中的2個與所述中性線連接而將3相的所述的相輸出端子中的I個與所述的負母線連接的第三狀態下的3相輸出電壓時間的計算值和在該狀態下流向中性點的電流值的乘積；第二個三相PWM變換裝置，在PWM周期中所述的第二狀態下或所述的第三狀態下的3相輸出電壓時間的計算值和在該狀態下流向中性點的電流值的乘積；第三個計算值求取裝置，用於求取第三個計算值，該第三個計算值為以下2值的代數和第一個三相PWM變換裝置，在PWM周期中將3相的所述的相輸出端子中的I個與所述正母線連接而3相的所述的相輸出端子中的2個與所述中性線連接的第四狀態下的、或將3相的所述的相輸出端子中的I個與所述的中性線連接而3相的所述的相輸出端子中的2個與所述的負母線連接的第五狀態下的3相輸出電壓時間的計算值和在該狀態下流向中性點電流值的乘積；第二個三相中性點鉗位式PWM裝置，在PWM周期中所述的第四狀態下的或所述的第五狀態下的3相輸出電壓時間的計算值和在該狀態下流向中性點電流值得乘積；比率決定裝置，根據所述的第一、所述的第二以及所述的第三計算值決定2個三相PWM變換裝置在PWM周期中所述的第二和所述的第三、所述的第四和所述的第五狀態的比率，使得流向所述中性線的電流接近零，或使所述的中性線電位接近所述正母線電位和所述負母線電位之間的正中間的電位。
本發明還可以將2個三相PWM變換裝置中所述的正母線、所述的負母線以及所述的中性線分別與3相的所述的相輸出端子連接的6個開關狀態下的3相輸出電壓的時間減少到零，並以3相的所述相輸出端子分別與所述正母線或所述負母線連接但是不包括3相的3個所述的相輸出端子同時與所述的正母線或負母線連接的狀態的6個開關狀態，來彌補抑制在所述的6個開關狀態下的3相輸出電壓的時間為零時所伴隨的輸出電壓不足量，其特徵在於當所述的第一個計算值大於所述的第二個計算值，或者所述的第一個計算值大於所述的第三個計算值，或者所述的第一個計算值大於所述的第二個計算值和所述的第三個計算值之和時，在比率決定裝置中，根據所述的第二計算值和所述的第三計算值決定2個三相PWM變換裝置所述的第二和所述的第三、所述的第四和第五狀態的比率，使得流向所述的中性線的電流接近零，或使所述的中性線電位接近所述的正母線電位和所述的負母線電位之間的正中間的電位。本發明還可以具有如下比率決定裝置，根據所述的第一、所述的第二以及所述的第三計算值決定2個三相PWM變換裝置在PWM周期中所述的第二和所述的第三、所述的第四和第五狀態的比率，使得所述中性線電位偏離所述正母線電位和所述負母線電位之間的正中間電位大於所設定值時，使得流向所述中性線的電流值不為零，來彌補抑制中性線電位的偏移。本發明的技術方案要保證所述的三相中性點鉗位式四象限運行的電源變換裝置的2個三相PWM變換裝置的PWM周期相同。通過這樣做，由於使中性點電位變動儘量接近零，或通過使中性線的電位接近正母線和負母線電壓之間的正中間的電位，可以高效抑制中性點電位變動，因此可以提高安全性，提高輸出電壓的質量。
圖I是表示一種傳統的四象限運行的2電平電源變換裝置電路圖。圖2是表示是一種背靠背三電平四象限運行的電源變換裝置的主電路結構的電路圖。
圖3是表示本發明實施例的三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置的PWM脈衝運算器的結構的方框圖。圖4是三相中性點鉗位式PWM變換裝置的輸出電壓空間向量圖。圖5是Alfa/Beta坐標系變換到g/h坐標系示意圖。實施方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述。圖3是表示本實施例的三相中性點鉗位式四象限運行的電源變換裝置的PWM脈衝運算器的結構的方框圖。如圖3所示，本實例的三相中性點鉗位式四象限電源變換裝置具備調製波發生器301、載波發生器302、向量脈寬計算器303、向量脈寬寄存器304、脈寬調整計算器305和PWM模式設定器306構成。圖4所示的為三相中性點鉗位式PWM變換裝置的輸出電壓空間向量圖，其中包括27個輸出電壓矢量，當PWM變換裝置的輸出電壓處於圖4所示的24個區域中的某一個時，可以用組成該區域的幾個輸出電壓矢量替代。27個輸出電壓矢量可以分為4種，小矢量 、K,、中矢量//,.大矢量之和&零矢量JV、U阪《大小分別為\ua\ = 1 !=甚 I —
2Kl=| |=|%；|=|%|=搭 其中Ud為直流側電壓。將其進行單位化變換得，I氧 I = |4| = I|/> I =
權利要求
1.一種三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置，包括2個三相PWM變換裝置，該三相PWM變換裝置具有正母線、負母線以及中性線，並分為3相設有中性點鉗位式PWM變換器，各中性點鉗位式PWM變換器在正母線和相輸出端子及負母線和相輸出端子之間分別串聯連接第一和第二開關元件及第三和第四開關元件，而且所述第一和所述第二開關元件的連接點及所述第三和所述第四開關元件的連接點分別經由鉗位元件與所述中性點連接，所述的2個三相PWM變換裝置的正母線、負母線及中性線分別連接，並且所述的正母線和中性線及所述的負母線和中性線之間分別串聯電容，其特徵在於，具備 第一個計算值求取裝置，用於求取第一個計算值，該第一個計算值為以下2值的代數和第一個三相PWM變換裝置，在PWM周期中所述的正母線、所述的負母線、所述的中性線分別與3相所述的相輸出端子連接的第一狀態下3相的輸出電壓的時間的計算值和在該狀態下流向中性點的電流值的乘積；第二個三相PWM變換裝置，在PWM周期中在所述的第一狀態下3相的輸出電壓的時間的計算值和在該狀態下流向中性點的電流值的乘積； 第二個計算值求取裝置，用於求取第二個計算值，該第二個計算值為以下2值的代數和第一個三相PWM變換裝置，在PWM周期中將3相的所述相輸出端子中的2個與所述的正母線連接而3相的所述的相輸出端子中的I個與所述的中性線連接的第二狀態下的、或將3相的所述的相輸出端子中的2個與所述中性線連接而將3相的所述的相輸出端子中的I個與所述的負母線連接的第三狀態下的3相輸出電壓時間的計算值和在該狀態下流向中性點的電流值的乘積；第二個三相PWM變換裝置，在PWM周期中所述的第二狀態下或所述的第三狀態下的3相輸出電壓時間的計算值和在該狀態下流向中性點的電流值的乘積； 第三個計算值求取裝置，用於求取第三個計算值，該第三個計算值為以下2值的代數和第一個三相PWM變換裝置，在PWM周期中將3相的所述的相輸出端子中的I個與所述正母線連接而3相的所述的相輸出端子中的2個與所述中性線連接的第四狀態下的、或將3相的所述的相輸出端子中的I個與所述的中性線連接而3相的所述的相輸出端子中的2個與所述的負母線連接的第五狀態下的3相輸出電壓時間的計算值和在該狀態下流向中性點電流值的乘積；第二個三相中性點鉗位式PWM裝置，在PWM周期中所述的第四狀態下的或所述的第五狀態下的3相輸出電壓時間的計算值和在該狀態下流向中性點電流值得乘積；比率決定裝置，根據所述的第一、所述的第二以及所述的第三計算值決定2個三相PWM變換裝置在PWM周期中所述的第二和所述的第三、所述的第四和所述的第五狀態的比率，使得流向所述中性線的電流接近零，或使所述的中性線電位接近所述正母線電位和所述負母線電位之間的正中間的電位。
2.如權利要求I所述的一種三相中性點鉗位式四象運行的三電平電源變換裝置，將2個三相PWM變換裝置中所述的正母線、所述的負母線以及所述的中性線分別與3相的所述的相輸出端子連接的6個開關狀態下的3相輸出電壓的時間減少到零，並以3相的所述相輸出端子分別與所述正母線或所述負母線連接但是不包括3相的3個所述的相輸出端子同時與所述的正母線或負母線連接的狀態的6個開關狀態，來彌補抑制在所述的6個開關狀態下的3相輸出電壓的時間為零時所伴隨的輸出電壓不足量，其特徵在於當所述的第一個計算值大於所述的第二個計算值，或者所述的第一個計算值大於所述的第三個計算值，或者所述的第一個計算值大於所述的第二個計算值和所述的第三個計算值之和時，在比率決定裝置中，根據所述的第二計算值和所述的第三計算值決定2個三相PWM變換裝置所述的第二和所述的第三、所述的第四和第五狀態的比率，使得流向所述的中性線的電流接近零，或使所述的中性線電位接近所述的正母線電位和所述的負母線電位之間的正中間的電位。
3.如權利要求I所述的一種三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置，取代權利要求I所述的比率決定裝置，設有下述比率決定裝置，根據所述的第一、所述的第二以及所述的第三計算值決定2個三相PWM變換裝置在PWM周期中所述的第二和所述的第三、所述的第四和第五狀態的比率，使得所述中性線電位偏離所述正母線電位和所述負母線電位之間的正中間電位大於所設定值時，使得流向所述中性線的電流值不為零，來彌補抑制中性線電位的偏移。
4.如權利要求I至3中任一項所述的三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置，其特徵在於所述的2個三相PWM變換裝置的PWM周期相同。
全文摘要
本發明涉及一種連接電網和電機進行電力轉換的裝置，特別涉及了一種三相中性點鉗位式四象限運行的三電平電源變換裝置，具有2個三相PWM變換裝置，該電源變換裝置還包括三個計算值求取裝置和一個比例決定裝置，三個計算值求取裝置用於求取2個三相PWM變換裝置的正母線、負母線和中性線與3相輸出端子在不同連接狀態下3相輸出電壓時間和在該狀態下流向中性點電流值的乘積之和，比率決定裝置根據三個計算值決定2個三相PWM變換裝置在相同的載波周期中不同狀態的比率，使中性點電位變動儘量接近零，或通過使中性線的電位接近正母線和負母線電壓之間的正中間的電位，可以高效抑制中性點電位變動，因此可以提高安全性，提高輸出電壓的質量。
文檔編號H02M5/458GK102751882SQ20121024549
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月14日 優先權日2012年7月14日
發明者張翔 申請人:張翔