[发明专利]一种单元串联式高压变频器的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电气自动化控制领域，更具体涉及一种单元串联式高压变频器的控制方法，是串联式高压变频器中混合使用载波移相PWM控制和矩形堆波控制及其无扰动切换方法，适用于任何类似单元串联电力变换装置。

背景技术

随着电力电子技术的发展，高压变频器在国民经济各个领域如电力、冶金，石化，自来水等行业得到广泛的应用，其重要性也随之突出，但高压变频器本身性能仍存在诸多需要改善的地方。高压变频器的优点是改善工况特性，节省电能显著，其输出波形和本身损耗是考察变频器技术性能指标的两个重要方面。而这两个方面主要取决于输出波形的控制方法。在单元串联高压变频器中，现在普遍采用两种控制方式，一是载波移相PWM控制方式，它是在同相单元调制波完全相同，三相调制波依次相差120°的情况下，根据每相所串联的单元数目，同相每个单元的载波相位依次相差某一个角度的调制方法。其优点是高压变频器有良好的输出波形，谐波含量小，各个单元输出功率均衡；缺点是当高压变频器输出电压频率较高时，功率单元的开关频率随之增大，开关损耗加大；开关死区时间也会随着开关频率的增大而增大，使得变频器输出电压严重偏低，影响变频器输出精度。另一种是采用矩形堆波控制方式，它是在一个周期内每个单元输出一定宽度的矩形脉冲波形，利用多个功率单元脉宽不同的矩形波叠加输出，使得输出电压波形与理想正弦波形等效的控制方式。其优点是功率单元的开关频率小，开关损耗低，功率器件的寿命延长，直流电压利用率高，不存在死区时间的影响，软件控制方法简单；缺点是当高压变频器的输出频率较低时，波形畸变严重，谐波含有率高。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种单元串联式高压变频器的控制方法，混合使用载波移相PWM控制和矩形堆波控制，该方法简单实用，不但可以改善电压输出波形，而且降低了变频器的开关损耗，实现了控制方式双向无扰动平滑切换。

所述单元串联式高压变频器主要由移相变压器、功率单元以及控制电路组成，移相变压器的一次侧与电网相连，众多二次绕组(绕组数量与功率单元数量相当，功率单元数量由变频器电压等级决定)与其对应的功率单元相连(常规技术)。

每个功率单元结构完全相同，主要由熔断器，整流二极管，滤波电容，功率开关器件构成。六个整流二极管构成三相全波整流桥，三相交流电源经过熔断器与整流桥的输入端连接。整流桥的输出端与滤波电容组成的电容器组并联。功率开关器件(如IGBT)构成H型逆变桥，逆变桥的输入端与滤波电容器组成的电容器组相连，输出端作为每个功率单元的输出端与其他单元输出端串联，根据功率单元的输出电压等级和变频器所需输出电压等级，变频器每相由一定数量功率单元串联而成(如单个功率单元输出690V，变频器输出3KV，则每相需要串联3个功率单元)，三相采用星形接法，输出直接与电动机相连。单元串联式高压变频器结构现阶段已被广泛采用，技术亦相当成熟。基于如上所述现有的拓扑结构，一种单元串联式高压变频器控制方法如下：

当高压变频器输出频率f<f_ref(f_ref∈[40Hz，50Hz]或不局限于此范围)时，采用载波移相PWM控制技术，当高压变频器输出频率f≥f_ref(f_ref∈[40Hz，50Hz]或不局限于此范围)时，采用矩形堆波控制技术，并实现输出频率变化时控制方式的无扰动双向平滑切换。

载波移相PWM控制是在同相单元调制波完全相同的情况下，将根据每相所串联的单元数目，同相每个单元的载波相位依次相差某一个角度。

对于三相同一位置的三个单元(比如A相第2单元、B相第2单元和C相第2单元，以下简称A2，B2，C2)，其调制波形依次相差120°，载波将根据高压变频器总共单元数，依次相差某一个角度(根据载波频率确定的角度)。

载波移相PWM控制在高压变频器低频输出时不但有完美无谐波的美誉，输出波形好，谐波含有率低，而且开关频率较低，开关损耗较小，各个单元功率输出均衡。

矩形堆波控制技术是在一个周期内每个单元输出一定宽度的矩形脉冲波形，利用多个单元输出脉宽不同的矩形波叠加，使得输出电压波形与理想正弦波形等效的控制方式。一个电压输出周期内，功率单元的开关次数为1。