[发明专利]基于MMC结构的四象限高压变频器装置

说明书

技术领域

本发明涉及高压变频器，尤其是基于MMC结构的四象限高压变频器装置。

背景技术

在提升机或者轧机类变频器要求把能量回馈给电源，实现回馈制动, 传统的高压变频器是基于移相变压器+四象限全桥单元串联结构，其采用低压单元串联，通过隔离移相变压器给各个单元供电，如图1所示。它的功率单元如图2，整流侧采用PWM方式整流，逆变侧采用三角波移相PWM方式，每个功率单元变压器侧都需要三相LC无源滤波装置。这种高压变频器存在动态响应慢、能耗高、效率低、体积大、成本高等缺点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于MMC结构的四象限高压变频器装置。

本发明采用的技术方案是：

基于MMC结构的四象限高压变频器装置，包括顺次连接的整流模块和逆变模块，该整流模块输入端用于连接高压电网，逆变模块的输出端用于连接电机类负载，其特征在于：所述整流模块和逆变模块的单元结构相同且整流模块的直流输出端与逆变模块的直流输入端连接，整流模块和逆变模块均分成三相，每相由多个链式MMC单元串联组成。

所述每相由偶数N个链式MMC子单元串联而成并分为上下两组，每组子单元个数为N/2个；每相的输出端为上下两组子单元的中点处，且输出端与上下两组子单元之间以缓冲电感连接。

所述链式MMC子单元的结构为半桥结构，包括两个IGBT开关器件T1、T2和一个直流电容C，该开关器件T1的发射极与开关器件T2的集电极连接，该开关器件T2的发射极与开关器件T1的集电极之间串接所述直流电容C。

所述的基于MMC结构的四象限高压变频器装置还包括串接在整流模块输入端与高压电网之间的电阻充电回路，该电阻充电回路包括并联着的充电电阻和旁路开关。

本发明的有益效果：

本发明与传统的基于移相变压器+四象限全桥单元串联结构高压变频器相比，当驱动电机时候装置从电网吸收有功；当电机制动时候装置向电网反馈有功。装置实现有功功率在电网侧和电机侧双向流动，同时又省去移相变压器，模块化结构保证装置灵活地拓展电压等级和容量，大大提高了变频器使用范围和产品竞争力。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是带变压器的四象限高压变频器结构图；

图2 是带变压器的四象限高压变频器功率单元；

图3是本发明MMC四象限高压变频器的接入方式示意图；

图4是本发明MMC四象限高压变频器整流和逆变模块结构图；

图5是MMC单元的示意图；

图6 基于MMC技术的多电平电压波形生成原理图。

具体实施方式

一种基于MMC结构的高压四象限变频器拓扑结构。MMC是Modular Multilevel Converter--模块化多电平变流器的简称。该拓扑结构采用模块化链式串联方式，如图3所示，整流侧阀组（整流模块）通过电阻充电回路与高压电网连接，逆变侧阀组（逆变模块）直接与交流电机连接。其优点在于每个功率模块不需要交流电压和电流传感器，不需要滤波电容和电感，省去了隔离移相变压器，降低了成本，减小了变频器装置的体积和成本，降低了损耗，同时单元结构简单、拆卸容易、接线方便。为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

基于MMC的四象限高压变频器拓扑结构如图4所示，整流侧和逆变侧阀组结构完全相同。整流和逆变模块均采用链式模块串联多电平结构，由多个子单元串联而成，该拓扑整流输入侧通过充电电阻与电网连接，并网完成后将电阻旁路；整流侧将高压交流电转化成直流；逆变侧直接与交流电机连接，将直流电转换成交流电驱动交流电机；该拓扑结构可实现四象限能量回馈。

所述的整流、逆变模块分成三相，每相由偶数N个MMC子单元串联而成并分为上下两组，每组子单元个数为N/2个；每相的输出端为两组子单元的中点处，且输出端与子单元之间以缓冲电感连接；

如图5所示链式MMC子单元的结构为半桥结构，包括两个IGBT开关器件T1、T2和一个直流电容C，该开关器件T1的发射极与开关器件T2的集电极连接，该开关器件T2的发射极与开关器件T1的集电极之间串接所述直流电容C。