[发明专利]基于曲折型变压器联接的大功率逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于曲折型变压器联接的大功率逆变器及其控制方法，属于大功率逆变器技术领域。

背景技术

随着电力电子装置的广泛应用，其对电网造成了严重的谐波污染、中线电流过大和三相不平衡等问题。而三相四线制系统广泛应用于工厂供电和楼宇供电等场合，随着三相四线制系统中大功率逆变电源系统需求不断增加，人们对其输出电压品质要求越来越高，根据国际电工组织IEC62040-3标准，电压畸变率应该低于8％。

三相四线制逆变系统主要有图1所示的四桥臂和图2所示的三桥臂分裂电容两种结构，四桥臂拓扑利用第四个桥臂对零序分量进行补偿，易于控制，但其主电路需要更多的功率器件，增加了硬件成本。三桥臂分裂电容接法，需要对直流侧两个电容电压进行平衡控制，增加了控制的复杂性。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的旨在于提供一种基于曲折型变压器联接的三相四线制大功率逆变器，通过变压器副边绕组特殊的接线方式，能抑制零序谐波分量，简化控制。针对四线制系统带不平衡负载和非线性负载导致输出电压波形畸变严重的问题，通过建立逆变器的数学模型，采用结合比例积分和重复控制的复合控制策略，降低了输出电压畸变率，并保证了系统的动态响应速度。

具体的，基于曲折型变压器联接的三相四线制大功率逆变器，包括直流侧及输出端，所述三相四线制大功率逆变器还包括连接在直流侧与输出端之间的曲折型变压器。

进一步的，所述曲折型变压器曲折型变压器型号为DZn0。

进一步的，所述曲折型变压器结构结构为：

同一心柱副边曲折绕组分为两个绕组部分，两个绕组分别流过不同相的二次侧电流，零序分量在同一心柱上产生的磁势大小相等，方向相反。

进一步的，所述直流侧包括直流侧电容及与直流侧电容并联的功率开关器件组，每个功率开关器件组包括两个串联的功率开关器件。

进一步的，所述输出端的任意两相之间连接桥臂滤波电容。

本发明还提供了了一种基于曲折型变压器联接的三相四线制大功率逆变器的控制方法，所述方法为：

采用同步旋转DQ坐标系下，单电压外环和电压前馈控制，并结合比例积分和重复控制的复合控制策略。

本发明的有益效果在于：本发明的一种基于曲折型变压器联接的三相四线制大功率逆变器及其控制方法，利用曲折型变压器联接，实现逆变器与负载间的隔离和零序谐波分量的抑制。采用同步旋转DQ 坐标系下，单电压外环和电压前馈控制，并结合比例积分和重复控制的复合控制策略，降低了逆变器带不平衡负载和非线性负载时输出电压的畸变率。与传统四桥臂或三桥臂分裂电容接法相比，简化了控制，降低了硬件成本。

附图说明

图1为三相四桥臂四线制逆变器的电路图；

图2为三相三桥臂分裂电容四线制逆变器的电路图；

图3为本发明逆变器的电路图；

图4a为曲折型变压器绕组接线图；

图4b为曲折型变压器绕组向量图；

图5为曲折型变压器的单相等效电路图；

图6为图3的等效电路图；

图7为系统整体控制框图；

图8为带400KVA整流性负载电压电流波形图；

图9为带320KW整流性负载电压电流波形图；

图10为带320KW电阻性负载瞬投电压电流波形图；

图11为带320KW电阻性负载瞬卸电压电流波形图；

图12为逆变器单相带电阻性负载电压电流波形图；

图13为逆变器单相带整流性负载电压电流波形图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

图3为三相三桥臂四线制逆变器主电路，C_d为直流侧电容，S_j1,S_j2为功率开关器件，j＝a,b,c；Uj为逆变器输出电压。利用曲折型变压器实现输出负载端与逆变器的隔离，曲折型变压器型号为DZn0，其绕组联接方式和向量图分别如图4a、图4b所示，C_a,C_b,C_c为桥臂滤波电容，滤波电感由变压器漏感代替。