[发明专利]单相多电平PWM变换器的并联结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相多电平PWM变换器的并联结构，适用于分布式电源、可再生能源发电并网、充放电及其储能等系统。

背景技术

近年来电力电子技术不断发展，被广泛应用于需要电能变换的各个领域。在低压小功率的用电领域，电力电子技术趋于成熟，而在高压大功率应用领域，多电平功率变换技术逐渐成为研究的核心和热点问题。

多电平变换技术是一种通过改进变换器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型变换器，它无需升压变压器和均压变压电路。由于输出电压电平数增加，使得输出波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力减小。多电平变换技术已成为电力电子技术中，以高压大功率变换为研究对象的一个新的研究领域。多电平变换器之所以成为高压大功率变换的研究热点，是因为它具有以下特点：

（1）每个功率器件仅承受1/（n-1）的母线电压（n为电平数）；

（2）电平数的增加，改善了输出电压波形，减小了输出电压波形畸变（THD）；

（3）可以以较低的开关频率获得和高开关频率下两电平变换器相同的输出电压波形，从而降低了开关损耗；

（4）无需输出变压器，大大减小了系统的体积和损耗。

多电平PWM变换器可以有效抑制PWM控制所造成的高次谐波，PWM控制可以减少多电平PWM变换器输出的阶梯形电压中含有的低次谐波，因此二者结合才能获得最佳的频谱特性。随着分布式电源，可再生能源发电并网，充放电及其储能等技术的发展，多电平PWM变换器应用程度得到进一步深化，大功率、规模化工程应用势在必行。然而多电平PWM变换器采用积木方式并联扩大容量的方法遇到了问题。由于多电平PWM变换器一般采用双闭环控制策略，外环控制多电平PWM变换器的直流输出电压U_dc，内环控制变换器网侧交流电流；并且在满足恒值控制直流电压U_dc的目标下，能量自动双向变换，即：当直流侧电压高于给定值时，调节器作用的同时，能量自动从直流侧流向变换器网侧；当直流侧电压低于给定值时，调节器作用的同时，能量自动从变换器网侧流向直流侧。由于各个变换器给定参数以及调节参数的分散性，可能造成给定参数的细小差异，以及调节参数的不一致，当两个或多个多电平PWM变换器并联时，在同一时刻，将可能出现部分变换器工作在整流状态，部分变换器工作在逆变状态。由于各多电平PWM变换器的内阻均极小，这种部分整流、部分逆变的情形可能在并联的多电平PWM变换器之间形成大的环流，轻则影响变换器的正常工作，影响整个系统的稳定性，降低系统的性能；重则危害，甚至损坏三相多电平PWM变换器的并联结构。因此，一般不允许多电平PWM变换器并联工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够解决并联多电平PWM变换器能量流向的一致性问题，避免环流的产生，并且能够解决多电平PWM变换器并联均流难题的单相多电平PWM变换器的并联结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种单相多电平PWM变换器的并联结构，其包括2个以上的单相多电平PWM变换器及其控制电路单元、数字信号处理器和单相交流电源电路；其还包括1个公用的统一电压调节器；所述各单相多电平PWM变换器及其控制电路单元的输入端并联后接所述单相交流电源电路，其输出端并联后接同一负载R_L；所述统一电压调节器由电压采样电路、电压传感器、第三加法器和外环电压PI调节器组成；所述电压采样电路与所述负载R_L并联，所述电压采样电路的输出端依次经所述电压传感器、第三加法器接所述外环电压PI调节器的输入端，所述第三加法器的另一个输入端接各单相多电平PWM变换器的直流输出给定电压U_dc^*，所述外环电压PI调节器的输出端分别接所述各单相多电平PWM变换器及其控制电路单元中的控制电路的相应输入端。

所述单相交流电源电路由单相交流电源的火线及零线、电阻R₃、电感L₁组成；所述单相多电平PWM变换器的第一桥臂的上下臂连接处a点依次经电阻R₃、电感L₁接单相交流电源的火线，其第二桥臂的上下臂连接处b点接单相交流电源的零线。