[发明专利]十二相三电平H桥直流侧级联推进变频器及电容电压均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种十二相三电平H桥直流侧级联推进变频器，所述十二相三电平H桥直流侧级联推进变频器由两个六相三电平H桥推进变频器直流侧级联而成，级联上端推进变频器在直流输入正级设置止逆二极管，级联下端推进变频器在直流输入负级设置止逆二极管；适用于直流10kV的三电平H桥直流侧级联拓扑是基于成熟的三电平H桥拓扑上拓展，相比其它五电平或模块化多电平拓扑，不涉及吸收回路或复杂的大换流回路，主电路简单。还公开了电容电压均衡控制方法，采用基于零序电压注入的中点电位调节，三电平上下H桥间通过负载进行调节，实施简单，不影响原有控制策略。

技术领域

本发明属于大功率电能变换技术领域，具体涉及一种十二相三电平H桥直流侧级联推进变频器及电容电压均衡控制方法。

背景技术

随着大功率电力电子技术的日益成熟，大功率变频调速技术也得到了迅猛的发展，因而极大地促进了大容量全电推进的研究和开发，越来越多的船舶采用或开始采用电力推进来替代传统的机械推进方式。相对于传统的机械推进，电力推进推进具有效率高、有效载荷大、灵活性好、维护性好、燃油经济好等优点。中压多相电机系统可满足大功率电力推进系统容量大、可靠性好、转矩密度高等要求，而中压多相开绕组电机系统配套的多相二极管钳位三电平H 桥拓扑变频器因主电路拓扑简单、有倍频效果，具有良好的容错能力及对器件耐压要求低等特点，成为舰船大容量推进电机系统首选方案，在中高压中大功率场合中得到了广泛应用。为适应负荷功率增长、满足更大吨位船舶的需要，我国二代中压直流综合电力系统直流电压等级将提升至10kV级中高压水平。

针对直流10kV级推进变频器，受限于功率器件耐压水平，常规的三电平不再满足要求。国内对于直流10kV级供电的变频器尚属空白(不含交流输入经变压器隔离整流类型变频器)，国外仅ABB、西门子等公司有相关产品，已有的10kV级变频器产品主要参数如表1所示。

表1国外10kV电压等级推进变频器主要参数对比一览表

由上表可知，国外已有的10kV电压等级变频器产品适装性较低，将难以满足船舶直流10kV中高压多相大容量变频器适装性需求。同时为避免我国关键装备卡脖子问题，亟待开展适装性更好的直流10kV输入的多相大容量推进变频器拓扑及控制策略设计。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术的不足，提供一种既可适用于直流10kV应用场合，也可通过级联多个三电平H桥变频器级联。

为实现上述目的，本发明所设计的十二相三电平H桥直流侧级联推进变频器，所述十二相三电平H桥直流侧级联推进变频器由两个六相三电平H桥推进变频器直流侧级联而成，级联上端推进变频器在直流输入正级设置止逆二极管，级联下端推进变频器在直流输入负级设置止逆二极管。

与传统的六相三电平H桥推进变频器不同在于直流输入止逆二极管为镜像布置，级联上端推进变频器在直流输入正级设置止逆二极管，级联下端推进变频器在直流输入负级设置止逆二极管。本发明的拓扑较好的继承了成熟的三电平H桥推进变频器设计方案，同时也便于变频器及其逆变单元标准化生产，采用单个三电平H桥为基本单元方案，提高了装置的维护性。通过采用两个三电平多相H 桥推进变频器直流侧级联方案，既可适用于直流10kV应用场合，也可通过级联多个三电平H桥变频器级联，可推广应用更高电压场合。本发明的拓扑方案不局限于推进电机为开绕组场合，推进电机为星型绕组场合同样适用。