[发明专利]电力变换器

说明书

本发明涉及使用NPC逆变器(中性点钳位逆变器)的电力变换器，尤其涉及可抑制三电平直流电压源中性电位波动的电力变换器。

图15中示出使用NPC(中性点钳位型)逆变器的通常的电力变换器主电路的一个例子。在图15中，由电容器4、5分压的变换器1把三相交流电源41所提供的交流电压转换成直流电压。这里，电容器4、5形成三电平直流电压源，并输出其具有正侧电位VP、中性电位VO和负侧电位VN的直流电压。由用于驱动交流电动机3的NPC逆变器2把具有该中性电位VO的直流电压转换成有规定频率的三相交流电压。众所周知，NPC逆变器2是把具有中性电位VO的直流电压转换成较少高次谐波的交流电压。

因此，在任一瞬时由NPC逆变器2从正侧电压(VP-VO)和负侧电压(VO-VN)加到交流电动机3的交流电不相等，且以NPC逆变器2输出频率的3倍频率波动。逆变器只能控制正-负的电压(VP-VN)，于是，中性电位VO也在输出频率3倍的频率处波动。当中性电压VO波动时，NPC逆变器失去了抑制较高谐波的特征，于是，正在研究各种方法以抑制中性电位VO的波动。

例如，如下所述在1994年的日本电力工程师研究院国际会议中揭示了工业应用部门85的“三电平GTO逆变器的PWM系统”，这样一个控制系统用于抑制中性电位VO的波动。即，对三相中的电压加偏压而三相NPC逆变器的线电压保持不变，通过在短循环中把该偏压变换到正和负侧来平衡从正侧电压(VP-VO)和负侧电压(VO-VN)所提供的电力。

此外，在1995年4月12日公开的名为“具有平衡直流成分装置的三电平电力变换器”的CN1101464A号未决中国专利申请中揭示了已有技术的电力变换器的一个例子，在这里引用其内容作为参考。

特别是，为了克服三电平直流电压源中性电位的波动，广泛使用对NPC逆变器的输出电压基准加偏压的方法。例如，如果直流电压源的正侧电压变得大于负侧电压，则对电压基准加上正的偏压。结果，正侧直流电消耗比负侧直流电消耗增加得多，因此可平衡正侧和负侧直流电压。参照图15将说明确定的结构。从正侧直流电压检测器20(以检测正侧电容器4的电压)和负侧直流电压检测器21(以检测负侧电容器5的电压)获得的正侧电压Vd1和负侧电压Vd2之间的差，该正-负差分电压输入到偏压调节器。通过根据此正-负差分电压与三相电压基准计算单元40计算到的三相电压基准VU^*、VV^*和VW^*的和控制NPC逆变器2来抑制中性电位的波动。

然而，依据此通常的方法，因为偏压加到NPC逆变器2的输出电压中，当重载时(当加了过载电流时)，可限制电压但有时不可补偿偏压。因此，产生了这样一个问题，即不能优先控制对中性电位波动的补偿，只是当可获得足够的输出电压时可进行有效地控制，如果由于负载的突然改变等时刻产生大的负载电流，则中性电位波动很大，由此产生了过载电压／过载电流。

此外，依据通过对三相电压基准加上偏压而不平衡正和负侧电压消耗来抑制中性电位波动的这样一个系统，由偏压将使实际给出的三相线电压变得小于直流连接电压。于是，电压利用率下降，需要具有大的电压容量的NPC逆变器。结果，整个电力变换器系统变得很大。

相应地，本发明的一个目的是提供一种使用NPC逆变器的电力变换器，它可抑制三电平直流电压源的中性电位的波动。