[发明专利]采用耦合电抗器的并联型三相并网逆变器及该三相并网逆变器的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电网逆变技术领域，具体涉及三相并网逆变器。 

技术背景

随着人们环保意识的增强及能源的日益紧缺，以风能、太阳能等为代表的新能源产业得到了长足的发展。为了将由风能、太阳能等转换而来的电能输送到电网，通常需要由并网逆变器将其转换为幅值、频率、相位与电网相一致的电能，从而实现系统的并网运行。为了提高并网逆变器的功率等级，同时降低生产成本，并提高系统可靠性，逆变器的并联运行得到了广泛关注。在不增加单个功率开关电流应力的条件下，通过并联技术可以使总电流成倍增加，从而使研发更高功率等级的三相并网逆变器成为现实。此外，在总功率一定的情况下，可以使用功率等级更低的功率开关器件，从而大大降低生产成本。同时，并联方案便于进行模块化设计，缩短了生产周期，并拓宽了功率模块的使用范围。而且采用载波相移(carrier phase shift，CPS)技术后，可以使并联后总电流的谐波大大降低，进而可以减小滤波器容量，降低了生产成本。此外，并联方案使得N+1冗余设计成为现实，提高了系统的可靠性，结合热拔插技术，使其具有更大优势。 

在单套变流器系统中，由于没有零序环流通道，不存在环流问题，但在并联型系统中，如果存在环流通道，就会产生严重的环流问题。环流只在并联的变流器之间流动，它的存在增加了损耗，降低了系统效率，并使功率器件发热严重，甚至使其烧毁。而且环流会引起不均流问题，从而使功率器件承受的电流应力不均衡，影响其使用寿命，并限制了整套系统容量的增加。同时环流会使三相电流产生畸变，使得总谐波畸变率(total harmonicdistortion，THD)增大，导致系统不能满足并网要求。此外，高频环流会带来严重的电磁干扰(electromagnetic interface，EMI)问题。 

为解决环流问题，国内外学者进行了深入研究。传统上，通常采用交流侧使用隔离变压器方案或适当软件方案以抑制零序环流。 

文献1(Dixon J W，Ooi B T.Series and parallel operation of hysteresis current-controlledPWM rectifiers[J].IEEE Transaction on Industry Applications，1989，25(4)：644-651)将多个结构相同的变换器并联使用，交流侧通过隔离变压器将各变换器的输入隔离起来，提高了变换器的功率等级，消除了零序环流问题，但隔离变压器的使用大大增加了系统的体积、 重量和成本。 

文献2(Yoshihiro Komatsuzaki.Cross current control for parallel operating three phaseinverter[C].Power Electronics Specialists Conference，Taipei，China，1994)和文献3(SFukuda，K Matsushita.A control method for parallel-connected multiple inverter systems.PowerElectronics and Variable Speed Drive，London，England，1998)将并联变换器当作一个整体来控制，从控制方法上抑制了环流，但这种方式控制复杂，当更多模块并联时很难实现。 

文献4(李建林，高志刚，胡书举，等.并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用[J].电力系统自动化，2008，32(5)：59-62)提出了独立直流母线的拓扑结构，在硬件上消除了环流通道，解决了环流问题，并使系统控制起来相对简单，但这种拓扑结构只适用于具有电气隔离作用的特种电机，当电机为常用的三相电机时仍存在严重的环流问题，且机侧环流与网侧环流相互耦合，限制了其使用场合。此外，这种拓扑结构由于直流母线分开，必须对两母线电压分别加以控制，增加了系统的体积，且不利于模块化设计。 

文献5(李瑞，徐壮，徐殿国.并联型永磁直驱风电系统的环流分析及其控制[J].中国电机工程学报，2011，31(6)：38-45)提出了并联型变流器拓扑结构，交流侧省去了隔离变压器，同时设计了零序环流器控制器，抑制了零序环流，大大提高了变流器的功率等级，但由于零序环流阻抗较小，因此零序环流问题解决起来难度相对较大，此外，零序环流控制器的使用增加了控制系统的复杂性。 

发明内容