[发明专利]级联H桥变换器耐受不对称电压暂降的单元个数设计方法

说明书

本发明提供一种级联H桥变换器耐受不对称电压暂降的单元个数设计方法，该方法首先由不对称电压暂降下各功率单元不控整流器桥臂导通特性得出不对称电压暂降下各功率单元直流侧平均电压表达式；利用直流侧平均电压表达式，依据级联H桥变换器输出额定电压、直流电压和调制比约束条件，从而确定耐受不对称电压暂降级联H桥变换器所需级联单元个数。本发明以提高级联H桥变换器自身电压暂降耐受能力为出发点，使其具备免疫不对称电压暂降能力，极大降低了电压暂降治理成本，易于实现。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体是一种级联H桥变换器耐受不对称电压暂降的单元个数设计方法。

背景技术

级联H桥变换器由于拥有高电压等级、高功率等级、高波形质量及高度模块化等显著优点，近几十年逐渐在诸多领域内获得广泛应用。在过去的几十年间级联H桥变换器相关的研究主要集中在级联H 桥变换器内部的功率平衡和能量交换问题与级联H桥变换器的调制方法和控制策略上。所作研究普遍基于电网电压为理想情况的前提，这简化了级联H桥变换器的研究难度。但电网中存在电压暂降等电能质量问题，会影响电力电子设备正常工作，故作为电力电子设备之一的级联H桥变换器会受到电压暂降影响。

为了保护电力电子设备等以免受电压暂降的影响，目前的研究主要集中在如何设计SVC，D-STATCOM，DVR，UPQC等电压暂降补偿装置，但忽略了电力电子设备自身耐受暂降能力，增加了电压暂降治理成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种级联H桥变换器耐受不对称电压暂降(电网两相相间短路和两相接地短路时的电压暂降)的级联单元个数设计方法，利用级联H桥变换器自身电压暂降耐受能力，使其在不对称电压暂降下不需要其他电压暂降补偿装置仍能输出正常电压。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种级联H桥变换器耐受不对称电压暂降的单元个数设计方法，以不对称电压暂降下级联H桥变换器每相中各功率单元直流侧电压之和仍然大于级联H桥变换器输出电压幅值为目标，给出级联数N 与移相变压器二次侧额定相电压U_2N的约束条件，从而得到为耐受不对称电压暂降级联H桥变换器功率单元所需数，具体包括如下步骤：

步骤一、获取级联H桥变换器输出侧额定电压U_oN；

步骤二、确定IGBT电压等级，由IGBT耐压等级综合考虑安全性，进而确定各功率单元直流侧额定电压U_dcN；

步骤三、确定当电网侧出现不对称电压暂降时，级联H型变换器各功率单元直流侧电压平均变化量k；

步骤四、结合U_oN、U_dcN与k，由级联H桥变换器输出额定电压调制比约束条件，确定级联H桥变换器耐受不对称电压暂降所需要的功率单元数目。

进一步的，所述步骤二中，根据H桥变换器常用IGBT功率器件的电压等级，结合H桥变换器综合成本、控制复杂度及应用场景，确定IGBT耐压等级，然后由IGBT耐压等级综合考虑安全性，确定各功率单元直流侧额定电压U_dcN。

进一步的，所述步骤三中，电网出现不对成电压暂降时，三相不控整流转变为单相不控整流，输入交流电压为U_2N为移相变压器二次侧额定电压，U_2N＝U_dcN/1.35，其中为移相变压器移相角，此时，各功率单元直流侧电压0.9≤K_d≤1.414，，各功率单元直流电压平均值变化量k满足：其计算过程如下：

进一步的，一般K_d取为1.2，当K_d取为1.2时，k≈0.85。