[发明专利]基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统及控制方法

说明书

本发明提出了一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统及控制方法，包括至少两个三电平变换器，所述三电平变换器包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括四个串联的IGBT管，各相桥臂使用二极管进行钳位到直流中点电容；每两个三电平变换器的直流侧并联，交流侧每一相的桥臂中点通过耦合电感异名端并联，形成一个子模块，每个子模块通过输出电感与交流负载相连。本发明有益效果：通过改进的载波移相提高了在低开关频率下的总输出电流的电能质量；通过加入无差拍环流控制器，降低了变换器间的环流。

技术领域

本发明涉及一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，三电平变换器应用越来越广泛。与两电平变换器相比，三电平变换器使器件承受较小的开关应力，并且能大大改善输出波形。在典型的三电平变换器拓扑结构中，二极管钳位型三电平变换器得到了广泛的应用。由于开关管电流应力的限制，单台变换器的容量受限，已无法满足大功率应用场合的要求。对于大功率应用场合如空调系统、地铁轨道交通、分布式发电系统等，变换器并联将成为能量变换的主流形势。

然而，在大功率应用中，通常选用较低的开关频率来降低变换器系统的损耗，而常规的并联方式中开关频率的降低同样会引起输出电流电能质量的下降；同时，模块之间硬件不匹配、死区时间以及控制算法执行时间等差别会产生环流。环流会增加系统损耗和引起并网电流畸变，严重影响IGBT开关管的寿命。

发明内容

本发明提出了一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统及控制方法，可以实现大功率多台变换器并联系统下的环流抑制，明显提高低开关频率工况下的输出电流电能质量。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统，包括至少两个三电平变换器，所述三电平变换器包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括四个串联的IGBT管，各相桥臂使用二极管进行钳位到直流中点电容；

每两个三电平变换器的直流侧并联，交流侧每一相的桥臂中点通过耦合电感异名端并联，形成一个子模块，每个子模块通过输出电感与交流负载相连。

进一步地，多个子模块相互并联实现并联的拓展。

进一步地，还包括控制电路，所述控制电路包括：依次连接的调理电路、采样电路、控制器和驱动电路，控制器还与保护电路连接，所述驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。

进一步地，保护电路实现变换器系统的过压过流保护；调理电路将霍尔传感器测得的相关信号进行调理，得到采样电路可以接收的模拟信号；采样电路将调理好的模拟信号转换为数字量传送给控制器；控制器用来产生控制系统正常运行的驱动信号。

根据另外一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种基于耦合电感的模块化三电平NPC变流器系统的控制方法，包括：每个子模块的三电平变换器的三角载波周期相同，且互差180度；n个子模块间中所有子模块的第一个三电平变换器之间的三角载波互差180/n度。

进一步地，使用基于无差拍环流控制器对三电平变换器间的环流进行控制，在调制波内加入当前三电平变换器与变换器系统第一个子模块中第一台三电平变换器零序调制波的差值及无差拍控制器的输出值来控制环流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过改进的载波移相提高了在低开关频率下的总输出电流的电能质量；

2、通过加入无差拍环流控制器，降低了变换器间的环流；

3、可以减小交流侧滤波器设计容量，节约变换器并联系统成本；