[发明专利]双三电平移相型高压大功率变频器

说明书

技术领域

本发明属于电气传动技术领域，具体涉及一种双三电平移相型高压大功率变频器。

背景技术

随着不可再生能源的日益减少，节能成为当今全球最为关注的课题之一，其中变频节能技术，是被世人名誉为″节能之冠″的现代电力电子技术的重要组成部分。

我国电力系统规模大，火电厂众多，用于驱动风机、水泵的厂用大容量中高压电动机数量巨大，并且多采用挡板和阀门调节流量，电能浪费严重，另外，冶金、石油、化工、城市供水、煤炭、建材等行业的大量中高压电动机也同样存在着电能浪费的问题。电能既是最重要的能源，又是生长其他能源的必需品，节能关键在于节电。近年来，全球煤、油、电价持续上涨，这为节电产业迎来了巨大的发展空间，因此，大功率、中高压变频调速系统的市场应用前景非常广阔，并且随着电力电子工业、控制、计算机等的日益发展，大功率中高压变频器也正日益广泛地应用于调速节能领域。

但是由于半导体开关器件耐压水平的有限性，为了得到高压电动机所需的高压变频器还比较困难。因此，为了获得较高电压等级的大功率变频器，专家和学者提出了多种变频器拓扑结构以满足实际工业设备对耐压的要求，其中目前比较通用的有器件直接串联型两电平变频器、串联多重化变频器、三电平变频器。然而上述结构也存在着不足之处。

在器件直接串联型两电平变频器中，为了获得较好的器件均压效果，需要设置较大容量的阻容吸收回路，从而降低了变频器装置的效率，并且随着串联器件数的增加，器件间的均压效果难以得到保证。而且，两电平结构中，为了获得较好的输出波形，器件的开关频率较高，这将进一步降低整个变频器装置的效率。在串联多重化型变频器中，整流用的裂相变压器结构复杂，且该结构涉及的器件数较多，控制复杂。在三电平变频器中，根据现有的器件耐压水平，如果要满足我国6kV电压等级电动机的驱动要求，则需要两只开关器件、吸收回路及静态均压电阻的串联使用，这使得变频器各环节的参数设计较为困难，且由于阻容吸收回路的存在使得整个变频器效率下降；如果要满足10kV电动机的驱动要求，则需要四只开关器件、吸收回路及静态均压电阻的串联使用，这使得变频器的设计更为复杂，且变频器的均压效果更加难以有效保证，且吸收回路及静态均压电阻损耗进一步加大。

综上所述，如何选用合适的新型拓扑结构使得变频器能够在较少的器件串联条件下或者无器件串联、无阻容吸收方式下满足实际工业运行需要以提高变频器效率并同时满足输出谐波的要求非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双三电平移相型高压大功率变频器，该变频器根据功率器件现有的耐压水平，使得在无器件串联及相应的阻容吸收或者较少器件串联条件下，实现变频器高压输入及输出，并有效地限制输入、输出谐波，同时使变频器负载对地耐压水平降低一半。

本发明提供的双三电平移相型高压大功率变频器，其特征在于：它包括整流单元、直流单元、第一三电平逆变单元、第二三电平逆变单元、第一LC三相滤波单元和第二LC三相滤波单元；其中，整流单元的正、负母线排分别与直流单元的正、负端相联接；第一三电平逆变单元与第二三电平逆变单元并联，第一、第二三电平逆变单元的正母线、负母线及中性点分别与直流单元的二组正母线、负母线及中性点对应联接；第一、第二三电平逆变单元的三相输出端分别与第一、第二LC三相滤波单元的三相滤波输入端对应联接，第一、第二LC三相滤波单元的三相输出端分别与电动机的二组三相绕组抽头对应联接。

本发明中的直流单元作用是为三电平逆变单元提供稳定的直流电压、调节三电平逆变单元开关过程中流过开关器件的di/dt值及限制开关过程中正负直流母线尖峰过电压。本发明中的两组并联的三电平逆变单元均通过各自的LC三相输出滤波器输出三相交流电压，并分别联接在电动机三相绕组的两端(也可以是其它三相能独立接线的负载)，LC三相输出滤波器的设置有效地降低了变频器加在电动机绕组上的电压应力，限制了电动机输入电压的谐波含量。通过调整两组并联的三电平逆变单元脉冲宽度调制(PWM)参考波的相位角，在不增加开关损耗的前提下使得等效开关频率上升了一倍，从而能够进一步降低变频器的输出谐波；通过调整PWM参考波的相位角，保证了变频器三相额定输出电压。本发明有助于6kV及以上高压变频器的发展。

附图说明

图1是双三电平移相型高压大功率变频器拓扑结构方框图。

图2是整流单元的一种具体实施方式的结构示意图；

图3是直流单元的一种具体实施方式的结构示意图；

图4是三电平逆变单元的一种具体实施方式的结构示意图；