[发明专利]基于模块化多电平变流器的可四象限运行的高压大容量变频器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种变流器应用于电力传动领域中，具体的说是模块化多电平变流器应用于可四象限运行的高压大容量变流器系统中。

背景技术

由于能源短缺和环境恶化，采用电力电子技术的节能技术越来越受到人们的重视，而电力系统中的大部分负载是异步电动机，而大容量的异步电动机的调速是很困难的，因此现有的大容量的异步电机直接接在高压母线上，能量浪费十分巨大，因此为大容量的异步电动机配备变频调速系统可以节约大量电能，节能效益十分巨大。

现有的高压大容量变频器采用H桥串联电路，每个H桥的直流侧相互隔离，单独供电；整流变压器采用副边多绕组移相变压器，每个副边绕组经过二极管整流给一个H桥供电，所以，该变压器结构十分复杂，价格昂贵；当异步电机需要更高的电压时，就需要更多的H桥电路串联，变压器的副边绕组也会增多，这限制了变频器的最大容量。

本专利提供了一种基于模块化多电平变流器的可四象限运行的高压大容量变频器，网侧模块化多电平变流器直接接入高压供电母线，省去了整流变压器；在电机制动的过程中产生的能量回馈到电网中，省去变流器中的耗能电路；网侧模块化多电平变流器和机侧模块化多电平变流器公用同一个直流母线，网侧模块化多电平变流器用于控制直流母线的电压，使直流母线电压稳定在合理的范围内；机侧模块化多电平变流器用于控制异步电机的转速。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种基于模块化多电平变流器的可四象限运行的高压大容量变频器。

[0006] 本发明使用如下技术方案来实现：

基于模块化多电平变流器的可四象限运行的高压大容量变频器系统由电网、网侧模块化多电平变流器、直流滤波电容、机侧模块化多电平变流器、异步电机构成；

所述的直流滤波电容主要由电容构成，并联在所述的网侧模块化多电平变流器和所述的机侧模块化多电平变流器的直流侧，其作用为抑制直流滤波电容两端的电压波动； 

所述的机侧模块化多电平变流器的交流侧连接异步电机，直流侧连接直流滤波电容，其作用是控制异步电机的转速；

所述的机侧模块化多电平变流器由三个桥臂和三个交流侧串联电抗器构成，三个桥臂的正极与直流滤波电容的正极相连，三个桥臂的负极与直流滤波电容的负极相连，每个桥臂由两个换流链和两个电感串联构成，每个桥臂连接成上下对称结构，中间作为交流侧输出，两端与直流滤波电容并联；换流链由一个或多个子模块串联构成， 换流链输出的电压中包含直流分量和基频分量，桥臂中两个换流链输出的电压中的交流分量幅值相等相位相反，桥臂中的两个换流链输出的电压之和为直流母线的电压；

所述的子模块由电力电子器件、电容、电阻构成，子模块输出电压（Uout）中含有直流分量和基波交流分量，子模块中的可关断器件的开关信号由载波和调制波比较得到，换流链中的子模块所对应的载波的相位相差一定的角度，构成载波移相脉冲宽度调制；

所述的网侧模块化多电平变流器的交流侧连接电网，直流侧连接直流滤波电容，其作用是保持直流侧电压稳定在合理的范围内，同时控制输入到电网中的无功功率；

网侧模块化多电平变流器的结构和机侧模块化多电平变流器相同，换流链和子模块的控制方法也相同。

直流滤波电容上并联接入一个或多个机侧模块化多电平变流器，每个机侧模块化多电平变流器为一台异步电机供电。

本发明的有点是，本专利使用两个模块化多电平变流器，采用背靠背的连接方式，省去了电网侧的整流变压器，并且电网侧的有功功率和无功功率可以独立调节，省去了无功补偿和滤波回路，还可以向电网提供无功功率，可控性得到了提高，流入电网的谐波电流大幅减小；交流侧输出电压的dv/dt较小，使交流侧滤波器变得简单，甚至不使用交流滤波器；本专利也适用于更大容量和更高电压的大容量变频器系统，其复杂程度不会提高，而传统高压大容量变频器应用于更大容量和更高电压的变频器系统时，复杂程度就会大大提高。

附图说明

图1基于模块化多电平变流器的可四象限运行的高压大容量变频器系统。

图2 模块化多电平变流器的结构。

图3 子模块结构图。

具体实施方式

基于模块化多电平变流器的可四象限运行的高压大容量变频器系统由电网、网侧模块化多电平变流器、直流滤波电容、机侧模块化多电平变流器、异步电机构成；

所述的直流滤波电容主要由电容构成，并联在所述的网侧模块化多电平变流器和所述的机侧模块化多电平变流器的直流侧，其作用为抑制直流滤波电容两端的电压波动；