[发明专利]一种新型的升压斩波电路级联结构

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种新型的升压斩波电路级联结构，本发明可应用于电机调速、可再生能源发电等领域。

背景技术

传统升压斩波电路广泛应用于电气传动领域，例如绕线型感应电动机的内反馈串级调速系统，永磁直流无刷电机调速系统等。尤其近年来随着风力发电技术的广泛关注和应用，升压斩波调速电路又有新的应用空间。比如，在风力发电系统中常采用永磁同步风力发电机接二极管整流单元后接升压斩波电路接电压型并网逆变器的结构，该种结构采用二极管整流单元降低了系统成本，同时升压斩波调速电路的控制方式简单，而且直流母线电容的存在降低了电网波动对发电系统的影响，因此该结构近年来倍受青睐。但是该结构也存在一些不足，例如二极管整流会导致定子电流畸变，升压斩波电路功率开关管导通时间的上下限，会限制其调速能力等问题。目前国内外通常采用多脉波整流技术或者采用多相电机以改善定子电流情况，但是系统调速能力有限的问题依然难以得到很好的解决。因此本发明提出一种新型的升压斩波电路级联结构，该结构通过改变换流用功率开关管的通断状态实现电路连接状态的改变，将该种级联型升压斩波电路应用于永磁风力发电系统可以有效改善发电机运行质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种结构简单，扩展性强的斩波电路级联结构。该种级联型升压斩波电路应用于电机调速、可再生能源发电等领域，以应用于永磁风力发电系统为例，可增加电机调速范围，提高风力发电系统整体的运行能力。本发明采用如下的技术方案：

一种新型的升压斩波电路级联结构，包括n个升压斩波电路单元以及连接在升压斩波电路单元之间的级联用二极管和换流用功率开关管，其中，n≥2，每个升压斩波单元包括一个电感、一个升压用功率开关管和一个快恢复二极管，所述的电感串联在本升压斩波单元的输入端上，所述的快恢复二极管连接在升压用功率开关管正向导通输入端与本升压斩波单元的输出正极之间；设该n个升压斩波单元按i＝1，2......n顺序编号，第1单元的输出正极为整个级联型升压斩波电路的输出正极，第n单元的输出负极为整个级联型升压斩波电路的输出负极，两者分别与滤波储能电容的正极和负极相连，n个升压斩波单元的输出端采用串联方式，除第1单元的输出正极和第n单元的输出负极外，其余每个单元的输出端均通过一个换流用功率开关管串联连接，其连接方式为，第i单元的输出负极与换流用功率开关管正向导通输出端连接，第i+1单元的输出正极与换流用功率开关管正向导通输入端连接，依次连接到第n单元，并按i＝1，2，......，n-1顺序依次对该n-1个换流用功率开关管编号；第i单元的输入负极与第i+1单元的输入负极通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管的阴极与第i单元负极连接，阳极与第i+1单元负极连接，依次连接到第n单元；第i单元的升压用功率开关管正向导通输入端与第i+1单元的升压用功率开关管正向导通输入端也通过一个级联用二极管连接，该级联用二极管阴极与第i单元升压用功率开关管正向导通输入端连接，阳极与第i+1单元的升压用功率开关管正向导通输入端连接，依次连接到第n单元。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明借用二极管单向导通特性，通过改变换流用功率开关管通断状态，实现电路连接状态的转换，单个升压斩波电路输出电压的改变，从而可增加电机调速范围。

2、本发明为一种级联结构，有利于实现电路的模块化，有较强的拓展性。

3、本发明采用结构简单的升压斩波电路为级联单元，成本低，控制方式简单。

附图说明

图1是n个升压斩波电路级联的电路原理图。

图2是单个升压斩波电路应用到永磁风力发电系统的主电路原理图。

图3是单个升压斩波电路应用到永磁风力发电系统的等效电路图；图3(a)是三相永磁同步电机单相等效电路图；图3(b)是三相永磁同步发电机接二极管整流单元等效电路图；图3(c)是三相永磁同步发电机接二极管整流单元接单个升压斩波电路等效电路图。

图4是3个升压斩波电路级联应用到永磁风力发电系统的主电路原理图。

图5是3个升压斩波电路级联时，即CVT1，CVT2关断时，并联运行状态原理图；图5(a)中虚线表示升压斩波电路1并联运行回路；图5(b)中虚线表示升压斩波电路2并联运行回路；图5(c)中虚线表示升压斩波电路3并联运行回路；