[发明专利]一种单相多电平电流源变流器及变流器的控制方法

说明书

本发明公开了一种单相多电平电流源变流器及变流器的控制方法。所述变流器包括：电平逼近调制模块、直流电源、网侧电感、交流电源、滤波电感、滤波电容、脉宽调制模块；所述网侧电感的一端与所述电平逼近调制模块的输出端、所述滤波电感的一端连接，所述网侧电感的另一端与所述交流电源的输入端相连；所述滤波电感的另一端与所述脉宽调制模块的输出端相连；所述电平逼近调制模块接入所述直流电源；所述电平逼近调制模块与所述脉宽调制模块串联；所述滤波电容与所述电平逼近调制模块、所述脉宽调制模块并联。采用本发明的单相多电平电流源变流器及变流器的控制方法能够提高单相多电平电流源变流器的计算效率以及对输出电流的控制精度。

技术领域

本发明涉及电流源变流器领域，特别是涉及一种单相多电平电流源变流器及变流器的控制方法。

背景技术

随着工业发展的需求和全控型功率器件的进步，大功率变流器在国民经济中的应用越来越广泛，电压源变流器的直流侧储能子模块电容在体积、成本以及储能效率方面存在显著优势，使得电流源变流器(current source inverter,CSI)的受关注程度较低。但CSI的交流侧具有升压特性，直流侧储能子模块的寿命较长，同一桥臂允许直通，使其具备短路保护能力；CSI能够直接对输出电流进行控制且对日后超导磁储能系统(superconductive magnetic energy storage,SMES)的发展以解决电感储能效率起到重要作用。

目前，对多电平电流源变流器(multilevel current source inverter,MCSI)的研究主要集中在电路拓扑构造、调制方法和电感电流平衡等方面。其中，电路拓扑辅以合适的调制方法是以获得多电平电流输出的前提；电感电流平衡控制是MCSI正常工作的一个关键环节。MCSI拓扑主要有直接式和组合式，直接式MCSI通过设计一种开关组合获得多电平的输出电流，但当电平数较高时，找到一种储能效率高的开关组合方式比较困难；而组合式MCSI通过叠加多个CSI子模块的输出得到多电平电流，易于扩展，组合式MCSI又分为独立直流源和共享直流源两类，前者各个子模块相互独立，不存在耦合，控制方法简单，但电平数较多时硬件电路复杂；后者只需一个直流电流源，但需要额外的均流控制算法，计算起来也很复杂。现有的MCSI拓扑结构存在硬件电路复杂，计算复杂的问题致使无法对电流输出进行精确控制。

MCSI的调制方法主要从多电平电压源变流器“移植”过来，按开关频率可分为高频和低频两类。高频调制主要有脉宽调制脉宽调制(pulse width modulation，PWM)和空间矢量调制(SVPWM)，其输出电流谐波含量低，但开关损耗较大；低频调制主要是阶梯波调制和特定谐波消除调制(SHEPWM)，其开关损耗较小，但谐波次数较低、含量较大，且需要离线计算开关角度，动态响应差。目前的组合式MCSI都是采用单一功能的模块级联，在模块数较低时，如采用载波移相PWM方式进行控制，开关频率较高，损耗较大；如采用阶梯波方式进行控制，损耗很低，但存在波形畸变且需离线计算开关角度。现有的MCSI无法同时具备低能耗、低谐波、响应速度快等优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种单相多电平电流源变流器及变流器的控制方法，以解决当电平数较多时，硬件电路复杂，计算复杂，响应差的问题，从而提高单相多电平电流源变流器的计算效率以及对输出电流的控制精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种单相多电平电流源变流器，包括：电平逼近调制模块、直流电源、网侧电感、交流电源、滤波电感、滤波电容、脉宽调制模块；

所述网侧电感的一端与所述电平逼近调制模块的输出端、所述滤波电感的一端连接，所述网侧电感的另一端与所述交流电源的输入端相连；所述滤波电感的另一端与所述脉宽调制模块的输出端相连；

所述电平逼近调制模块接入所述直流电源；所述电平逼近调制模块与所述脉宽调制模块并联；所述滤波电容与所述电平逼近调制模块、所述脉宽调制模块并联。