[发明专利]一种多电平变换器直流电容组的均压电路

说明书

一种多电平变换器直流电容组的均压电路，所述多电平变换器可输出m个电平，m≥3，其直流电容组由m‑1个直流电容C_i串联构成，i＝1,2,…,m‑1，配置m‑2个均压电路单元，实现多电平变换器多个直流电容的电压平衡。直流电容组的任意两个相邻电容均与一个均压电路单元相连。根据限流电感的电流方向，当辅助均压电容电压大于其参考电压时，使辅助均压电容通过限流电感向直流电容组放电；当辅助均压电容电压小于其参考电压时，使直流电容组通过限流电感向辅助均压电容充电，进而实现直流电容组的电压平衡控制。采用所提出的具备过电流限制能力的控制算法，该均压电路可以在任意调制比和功率因数下，保证多电平变换器直流电容组的电压平衡。

技术领域

本发明涉及一种多电平变换器直流电容组的电压平衡装置，尤其涉及一种二极管钳位型多电平变换器的直流电容组的电压平衡装置。

背景技术

二极管钳位型多电平变换器的直流电容组由多个串联的直流电容构成，该直流电容组的两端与直流电源相连，电容之间的公共连接点为悬浮节点，悬浮节点与多电平变换器的钳位二极管网络相连。多电平变换器的桥臂由多个串联连接的功率开关器件和相应的钳位二极管网络组成，功率开关器件的控制端与多电平变换器的控制装置相连。通过控制装置改变桥臂的功率开关器件的开关状态，可以在桥臂的输出端得到经直流电容组分压产生的多个电平值。

由于二极管钳位型多电平变换器直流电容组的内外侧电容固有的不对称性，使得当直流电容组与负载之间传递有功功率时，直流电容之间的电压会失去平衡。这会导致功率开关器件和钳位二极管的电压应力上升、输出波形质量下降，威胁二极管钳位型多电平变换器的安全运行。基于改进调制算法的均压方法，会降低二极管钳位型多电平变换器调制和控制的自由度，且不能在任意调制比和负载条件下均保证可靠均压。引入适当的均压电路，可以在保持二极管钳位型多电平变换器调制和控制自由度的前提下，为二极管钳位型多电平变换器提供安全可靠的电压平衡能力。

文献[1](Akagi H,Fujita H,Yonetani S,et al.A6.6-kV transformerlessSTATCOM based on a five-level diode-clamped PWM converter:System design andexperimentation of a 200-V 10-kVA laboratory model[J].IEEE Transactions onIndustry applications,2008,44(2):672-680.)提出一种用于五电平二极管钳位型多电平变换器的均压电路，实现直流电容组的电压平衡。该均压电路由两个结构完全相同的均压电路单元组成。每个均压电路单元基于H半桥，通过一个储能电感实现两个相邻直流电容器之间的能量传递，进而实现两个相邻直流电容器的电压平衡。该电路的缺点为：(1)均压电路单元中的功率开关器件需要串联使用，来承受高电压；(2)储能电感两端的电压应力大，因此需要设置较大的储能电感，来限制储能电感电流的变化率。

为减小上述文献[1]的均压电路单元功率开关器件的电压应力，文献[2](ShuklaA,Ghosh A,Joshi A.Flying-capacitor-based chopper circuit for DC capacitorvoltage balancing in diode-clamped multilevel inverter[J].IEEE transactionson industrial electronics,2010,57(7):2249-2261.)在每个均压电路单元中引入了一个悬浮电容。但与文献[1]所述电路类似，该电路仍然是通过储能电感实现直流电容之间的能量传递，其缺点为：(1)悬浮电容的引入主要用于均衡功率开关器件的电压应力；(2)直流电容的电压平衡，仍是通过均压电路单元中的储能电感传递能量来实现，悬浮电容的引入增加了系统的体积和重量；(3)悬浮电容引入后，均压电路单元中的电感元件的电压应力仍为直流母线电压的四分之一，因此仍然需要设置较大的储能电感，来限制储能电感电流的变化率。

发明内容