[实用新型]一种单相ANPC九电平逆变器电容预充电电路

说明书

本实用新型公开了一种单相ANPC九电平逆变器电容预充电电路，包括有从左往右依次设置的可调直流电源、预充电电阻回路、新型电路拓扑，新型电路拓扑也即SC‑ANPC九电平逆变器拓扑，新型电路拓扑包括两级基本单元：开关电容单元和飞跨电容单元，开关电容单元包含3个开关管S₉、S₁₀、S₁₁，2个开关电容C₁₁和C₁₂；飞跨电容单元包含2个开关管S₁₂和S₁₃，1个飞跨电容C₂，新型电路拓扑中直流侧的电容C_d1、C_d2的电压、开关电容C₁₁、C₁₂的电压和飞跨电容C₂的电压之比为4:2:1。本实用新型解决了该九电平逆变器拓扑中电容的预充电问题，本多电平拓扑利用自身电路结构就可以预充电，电路精简，硬件实现简单，同时预充电控制方便，效率高，保证了此类多电平变流器的有效运行。

技术领域

本实用新型涉及变流器技术领域，尤其涉及含开关电容和飞跨电容单元的单相SC-ANPC多电平逆变器中电容预充电方法的技术设计。

背景技术

在新能源发电、航空航天、飞轮储能等对功率密度和电能质量要求较高的领域，两电平逆变器受功率器件响应速度极限、器件开关损耗等一系列技术参数的限制，难以满足要求。多电平逆变器通过在桥臂中引入更多的开关器件，能够在交流侧输出三电平甚至更多电平数，具有较好的电压谐波特性、较低的电压变化率。这为高性能变换器的研制提供了新思路并引起了学者们的广泛关注，现已经被广泛应用于大容量变流领域。

新型多电平变换器有多单元层叠式、有源箝位型(ANPC)、开关电容型、模块化多电平等，其中ANPC逆变拓扑只需一个直流电源，省去体积庞大的变压器成为目前研究的热点，但是随着电平数的扩展，ANPC拓扑中箝位电容的数量及电压控制复杂程度显著增加。文献《含开关电容的有源箝位多电平逆变器》中提出了一种含开关电容的有源箝位(SwitchedCapacitor-ActiveNeutralPointClamped)多电平拓扑构成原则，即用开关电容单元替换普通ANPC多电平拓扑中的飞跨电容单元，降低了电容数量及电容电压控制难度，也便于逆变器输出电平的扩展。

多电平逆变器在正常工作时需要电容来稳定电压、缓冲无功，并要求启动后的电容电压稳定在额定值附近，为了使含有开关电容的有源箝位(SC-ANPC)九电平逆变器能正常工作，系统中的直流侧母线电容以及新型电路拓扑中的飞跨电容部分的电容和开关电容部分的电容，在逆变器开始工作之前都应被设置为合适的电压，而如何完成所有电容电压预设与充电就成了亟待解决的技术问题。

现有文献公开的多电平变换器电容预充电电路多数是针对模块化多电平变换器(MMC)的，如公开号为CN202997660U的专利公开的《一种模块化多电平矩阵变换器电容预充电系统》，提出一种M³C的电容预充电电路并解决了M³C系统启动问题；公开号为CN102739030A的专利公开的《一种全桥型MMC-HVDC的启动方法》，提出了一种全桥型MMC-HVDC的分阶段启动策略。所述新型SC-ANPC九电平逆变器拓扑特有的结构使现有针对MMC拓扑所提出的预充电电路不能适用于该拓扑结构。

公开号为CN207968345U的专利公开的《七电平ANPC变流器预充电电路及七电平ANPC变流器》，单独设计了一套预充电电路，包括第一电阻、多抽头变压器、具有三条并行开关支路的开关电路及整流电路，通过切换几个变压器的抽头，来产生不同的电压等级，整体上成本较高，经济性不好。

实用新型内容

为解决现有技术的缺点和不足，从提升开关损耗、逆变器响应速度和电能质量的要求出发，提供一种单相ANPC九电平逆变器电路，对其电容电压值的预设及预充电方案进行设计，解决了该九电平逆变器拓扑中电容的预充电问题，本多电平拓扑利用自身电路结构就可以预充电，电路精简，硬件实现简单，同时预充电控制方便，效率高。