[发明专利]逆变器拓扑结构解耦方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种逆变器拓扑结构解耦方法及装置。

背景技术

通常电力系统中很容易出现不对称运行的情况，即在逆变器的三相上存在不平衡的负载，造成电网中产生大量谐波。这些谐波造成的危害日益严重，使电能的生产、传输和利用的效率降低，严重时设备甚至不能正常工作，这在铁路、冶金等行业尤其明显。尤其是铁路电力机车的逆变器负载中经常出现三相不平衡或者非线性负载，电网电压有时会严重失真，电压会出现正负半周不对称，波形严重畸变，频率也会发生变化。

为了解决上述问题，现有技术提供了一种方法，图1为现有技术中提供的一种逆变器的拓扑结构示意图，如图1所示，现有技术中，逆变器用直流输入电源的中点作为中性点来带不平衡负载，这时三相逆变器等效成三个独立的半桥逆变器。在直流母线上有两个串联连接的电容1，两个电容1的中点和输出的中心点相连，相当于三个半桥电路。可以采用三相分别控制。然而这种方案采用两个电容串联，它们在单相负载时必须承受全负载相电流，从而使所需电容的容量必须较大，并且当负载变化时，其中点电位必定产生波动，从而无法实现完全解耦控制的缺陷，图2为现有技术提供的另一种逆变器的拓扑结构示意图，该逆变器为三相四桥臂逆变器，它很好的解决了上述问题，如图2所示，其中第四桥臂2与负载中性点3连接，可以直接控制中性电流，无需大分压电容，控制灵活直流电压利用率高，可以省去中点形成变压器或Δ/Y变压器，减小逆变器的体积和重量，是当下比较适合处理不平衡负载的拓扑。

然而由于第四桥臂的滤波电感引起的耦合效应，使三相控制变得十分复杂。目前还没有一种有效的解耦方法实现三相四桥臂逆变器的解耦控制。

发明内容

本发明提供了一种逆变器拓扑结构解耦方法及装置，从而实现在三相不平衡或者非线性负载时保持三相输出电压输出的对称性，有利于负载的平衡运行并且可以减小电力设备对电力系统的谐波影响。

第一方面，本发明实施例提供了一种逆变器拓扑结构解耦方法，包括：将逆变器拓扑结构解耦等效为：第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的并联等效电路；根据所述并联等效电路的回路电压方程确定系数关系式；根据所述系数关系式将所述拓扑结构解耦等效为独立的第五电路、第六电路和第七电路的并联电路。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实施方式中，所述第一电路由第一电压表、第一电感、第一增加电压表和第一子电路串联连接，所述第一子电路为第一负载与第一电容的并联电路；所述第二电路由第二电压表、第二电感、第二增加电压表和第二子电路串联连接，所述第二子电路为第二负载与第二电容的并联电路；所述第三电路由第三电压表、第三电感、第三增加电压表和第三子电路串联连接，所述第三子电路为第三负载与第三电容的并联电路；所述第四电路由第四电压表和第四电感串联连接；所述第一电路、所述第二电路和所述第三电路分别等效于所述逆变器拓扑结构中的三相，所述第四电路等效于所述逆变器拓扑结构中的零线。

结合第一方面的第一种可能实施方式，在第一方面的第二种可能实施方式中，设所述第一电压表所测电压为u_nA、所述第一电感的电感值为L_A，所述第一增加电压表所测电压为Δu_nA，所述第一子电路的电压为u_A，所述第二电压表所测电压为u_nB、所述第二电感的电感值为L_B，所述第一电路的电流为i_A，所述第二增加电压表所测电压为Δu_nB，所述第二子电路的电压为u_B，所述第二电路的电流为i_B，所述第三电压表所测电压为u_nC、所述第三电感的电感值为L_C，所述第三增加电压表所测电压为Δu_nC，所述第三子电路的电压为u_C，所述第三电路的电流为i_C，所述第四电压表所测电压为u_nN，所述第四电感的电感值为L_N，所述第四电路的电流为i₀，u_N为总电压，其中L_A＝L_B＝L_C＝L，则所述并联等效电路的回路电压方程为：