CN101345422A - 基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法 - Google Patents

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郑琼林
贺明智
杨晓峰
游小杰
林飞
郝瑞祥
黄先进
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Abstract

本发明公开了一种基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，涉及一种电能质量改善方法，它是通过高频隔离的多端口双向变换器来实现不同相之间储能电容上的能量交换。多端口双向变换器通过端口(PAk)连接(Ak)的储能电容(CAk)，通过端口(PBk)连接(Bk)的储能电容(CBk)，通过端口(PCk)连接(Ck)的储能电容(CCk)，k≥1；通过多端口的双向变换器，在各相之间平衡级联桥式电路各个储能电容的能量，实现负序补偿。本发明实现了级联多电平电路相与相之间的电容能量的交换，克服了现有级联多电平电路无法实现负序平衡的问题。本发明还能用于多相***，极大扩展了级联多电平电路的应用领域。

Description

基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法
技术领域
本发明涉及一种电能质量改善方法，特别是涉及一种级联多电平电路的负序补偿方法。
背景技术
电力***中，由于不对称或非线性负载的使用，其产生的三相不平衡负序和高次谐波电流注入三相电网***，影响了供电***的电能质量，同时也会引起大量的附加损耗。有源电力滤波器及无功补偿器等装置是有效的改善电能质量的方案。然而在高压领域的应用中，由于受到器件耐压的限制，常用的方式是通过工频变压器连接通用的逆变桥主电路与高压电网，然而笨重的工频变压器大大增加了电力电子变换装置的成本、体积，并且限制了***的效率。级联式补偿装置是高压***中常见的应用装置，但是因为拓扑结构中不同相的储能电容的能量无法交换，因此使得这种结构对于负序分量的补偿受到一定的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决级联多电平电路不同相的储能电容能量交换问题，为主电路实现负序补偿提供能量交换通道。
本发明的技术方案如下：
通过高频隔离型多端口双向变换器来实现不同相之间电容上的能量交换。在级联多电平电路中，通过多端口双向变换器(Converter_k)建立各相储能电容之间的能量交换通道。将负序能量流入相上电容的能量通过隔离双向变换器，向负序流出相上的电容进行转移，实现各相的负序补偿，提高电能质量。
本发明的有益效果：
本发明在级联多电平拓扑结构的基础上，通过隔离双向变换器平衡各相的负序能量。通过采用负序能量平衡的方式，克服了传统级联多电平电路使用的局限性，拓宽了级联多电平电路的应用领域。
附图说明
图1为典型三相单级多电平电路的负序补偿结构框图
图2为典型三相k级级联多电平电路的负序补偿结构框图
图3(a)为二电平的H桥结构单元。
图3(b)为二极管箝位的三电平结构单元。
图4为N相k级级联多电平电路的负序补偿结构框图。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1是典型三相单级多电平电路的负序补偿结构框图，三个功率单元A1、B1、C1分别构成A、B、C三相桥臂，电容CA1、CB1、CC1分别是功率单元A1、B1、C1的储能电容。当负序电流出现时，将导致各相上的电容电压不平衡，负序电流使得储能电容上的电压出现波动，能量流入相上的电容电压将上升，能量流出相上的电容电压将下降。每个双向变换器单元有三个端口，分别是PA1、PB1、PC1，三个端口分别与CA1、CB1、CC1相连，实现能量在三者之间的交换，即能量从负序能量流入相上的电容流向负序能量流出相上的电容，以此保证电容上能量的平衡。
图2是典型三相k级级联多电平电路的负序补偿结构框图。理论上，级数k取大于等于1的任意正整数。功率单元A1、A2……Ak构成A相桥臂；B1、B2……Bk构成B相桥臂；C1、C2……Ck构成C相桥臂；电容CA1、CA2……CAk是A1、A2……Ak的储能电容。同理，CB1、CB2……CBk是B1、B2……Bk的储能电容，CC1、CC2……CCk是C1、C2……Ck的储能电容。当负序电流出现时，将导致各相上的电容电压不平衡，以第k级级联单元为例，负序电流使得CAk、CBk、CCk上的电压出现波动，能量流入相上的电容电压将上升，能量流出相上的电容电压将下降。对于图中所示方案，可能出现一相负序能量流入、二相流出的情况，也可能出现一相负序能量流出、二相流入的情况。
双向变换器在图中表示为：Converter_1，Converter_1……Converter_k，其中Converter_k为第k级功率单元对应的变换器单元。每个变换器单元有三个端口，分别是PAk、PBk、PCk，三个端口分别与CAk、CBk、CCk相连，实现能量在三者之间的交换，即能量从负序能量流入相上的电容流向负序能量流出相上的电容，以此保证电容上能量的平衡。
图3是功率单元的不同结构形式示例。其中图3(a)是二电平的H桥结构单元，图3(b)是二极管箝位的三电平结构单元，其他类型的结构单元在此不做一一罗列。对应于图2中级联的功率单元Ak的线端标号Ak1、Ak2、Ak3、Ak4，图3中功率单元的输出端口：P1、P2、P3、P4。
图4是N相k级级联多电平电路的负序补偿结构框图，理论上，相数N取大于等于2的任意正整数，级数k取大于等于1的任意正整数。如图4所示，***包括N相桥臂，此时多端口双向变换器的端口数相应为N，建立各相之间电容能量交换的通道。

Claims (6)

1.基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其特征在于：在级联多电平电路中：(Ak)、(Bk)、(Ck)分别是A、B、C相多电平电路的第k级功率单元，k≥1；多端口双向变换器通过端口(PAk)连接(Ak)的储能电容(CAk)，通过端口(PBk)连接(Bk)的储能电容(CBk)，通过端口(PCk)连接(Ck)的储能电容(CCk)；通过多端口的双向变换器，在各相之间平衡级联式桥式电路各个储能电容的能量，实现负序补偿。
2.根据权利要求1所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其特征在于：级联多电平电路不同相的储能电容的能量通过双向变换器进行传递；在典型的三相***中，多端口双向变换器的高频隔离变压器有三个相绕组，分别对应三相；定义负序电流流入侧为原边相，负序电流流出侧为副边相，则高频变压器的三个端口分配有两种形式，即一个原边两个副边相，或者是两个原边一个副边相。
3.根据权利要求1所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其特征在于：在三相***的基础上，通过增减相数，能够扩展成两相或者大于三相的多相***。
4.根据权利要求1所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其特征在于：在三相***中，多端口双向变换器的高频隔离变压器的容量一般情况下小于传统工频变压器容量的三分之一。
5.根据权利要求1所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其特征在于：所提出方法适用于多种结构形式的功率单元：2H桥、3H桥或者采用其他可控器件构成的适合于级联多电平电路的功率单元；也适用于各种不同功率单元构成的混合式主电路。
6.根据权利要求1所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其特征在于：在多级的级联多电平电路中，不同级的功率单元之间也能通过多端口双向变换器进行功率交换。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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