CN103151947A - 一种级联型高压变频器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级联型高压变频器控制方法，包括以下步骤：在级联型高压变频器的变频器的每一相均采用两个基础变流链。基础变流链包括H桥功率单元和均流电抗器。三相电压输入移相变压器，经过移相变压器降压后为变频器的H桥功率单元供电，H桥功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压，通过改变多档位切换开关组合的开关状态改变每个基础变流链的串、并联方式和输出形式，实现不同电压等级额定容量的输出。本发明将多个H桥功率单元串联组成最小的基础变流链，通过多档位开关切换控制多个基础变流链的串、并联组合及星/三角型变换，实现了多种电压等级变频器的满容量输出，结构简单、一机多用。

Description

一种级联型高压变频器控制方法

技术领域

本发明涉及一种高压变频器的控制方法，特别是涉及一种多个电压等级满容量输出的级联型高压变频器的控制方法。

背景技术

随着电力电子器件的发展，高压变频器作为驱动各类型电机的电气传动设备，在国民经济各领域得到了越来越广泛的应用。在众多拓扑结构的高压变频器中，采用H桥功率单元串联的多电平高压变频器（级联型高压变频器），由于可以较低耐压器件实现高压大容量输出，对电网的谐波污染小，对电机输出电压的dv/dt小，成为目前高压变频器最主流和应用最广的形式之一。

我国高压电机的一般电压等级为3kV、6kV和10kV。普通级联型高压变频器输出电压降低时输出容量也等比的减小。在需要驱动多种电压等级电机的场合，受限于变频器输出容量，只能选择多台相应电压等级的变频器来实现，或通过增加次边多绕组的输出变压器来实现，如此大大增加了设备的投资和场地使用面积。

目前在多电压等级满容量输出的变频器研究方面主要有以下两篇文献与本发明有关：

文献一为荣信电力电子股份有限公司于2009年05月27日申请，并于2010年02月10日公开，公开号为CN101645646A的中国发明专利申请《一种可变电压等级恒功率输出的变流器实现方法》。该专利通过多个相同变频功率单元的串联和并联相结合的多种变换形式，通过对开关的分合闸控制，实现A、B、C三相每相多个变频功率单元组成的变流链的串联和并联，同时通过对各个变频功率单元输出的输出的电流、电压幅值、频率等一致性进行控制，从而实现输出电压降低时输出电流增加，达到恒功率输出多个所需的电压等级。即在一个变流器上实现可以变化的多电压等级恒功率输出。

文献二为荣信电力电子股份有限公司于2009年05月27日申请，并于2010年02月24日公告，公告号为CN201414072A的中国实用新型专利《一种可变电压等级恒功率输出的变流器》。该专利涉及一种恒功率输出多种电压等级的变流器，通过多个相同变频功率单元的串联和并联相结合的多种变换形式，通过对开关的分合闸控制，实现A、B、C三相每相多个变频功率单元组成的变流链的串联和并联，同时通过对各个变频功率单元输出的电流、电压幅值、频率等一致性进行控制，从而实现输出电压降低时输出电流增加，达到恒功率输出多个所需的电压等级。即在一个变流器上实现可以变化的多电压等级恒功率输出。

这些文献通过多个相同变频功率单元的串联和并联相结合的变换形式和对各个变频功率单元输出的电流、电压峰值、频率的一致性控制，实现恒功率输出多种电压等级。但是在上述文献中，为实现多种电压等级恒功率输出，通过变流链路不断对折来实现功率模块的串、并联组合，该拓扑结构开关数量较多，系统连线较复杂。同时，电路拓扑结构的并联均流效果完全由系统本身一致性特性决定，由于变频器功率模块参数的差异或控制系统的固有特性问题，不同支路的输出电压不可能完全一致，并联支路的电阻仅为导线电阻，其值很小，容易造成系统不同并联支路之间产生环流，降低系统整体输出容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种级联型高压变频器控制方法，该控制方法将多个H桥功率单元串联组成最小的变流链路单位，通过多档位开关切换控制多个变流链路的串、并联组合及星/三角变换，分别实现多种电压等级变频器的满容量输出。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种级联型高压变频器控制方法的技术实现方案，一种级联型高压变频器控制方法，具体包括以下步骤：

在级联型高压变频器的变频器2的每一相均采用两个基础变流链4，基础变流链4包括H桥功率单元和均流电抗器；三相电压输入移相变压器1，经过移相变压器1降压后为变频器2的H桥功率单元供电，H桥功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压；H桥功率单元输出的单相交流电压再输出至多档位切换开关组合，通过改变多档位切换开关组合的开关状态来改变每个基础变流链的串、并联方式和输出形式，实现不同电压等级额定容量的输出。

作为本发明一种级联型高压变频器控制方法技术方案的进一步改进，采用星型接法对所述移相变压器1的一次绕组进行连接，采用延边三角型接法对所述移相变压器1的每个二次绕组进行连接。

作为本发明一种级联型高压变频器控制方法技术方案的进一步改进，将变频器2划分为第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22，第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22均包括三个基础变流链4；将第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22在ax、b y、cz三点处进行连接；将二选一的第一切换开关QS1设置为使第一基础变流链组合21三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接成中性点，或与第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点并联起来；将三选一的第二切换开关QS2设置为使第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点连接成中性点，或悬空成为变频器输出点，或与第一基础变流链组合21三个基础变流链4的X、Y、Z三点并联起来；将二选一的第三切换开关QS3设置为使第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点或ax、by、cz三点成为变频器2的输出点。

作为本发明一种级联型高压变频器控制方法技术方案的进一步改进，当级联型高压变频器实现10KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接作为中性点；将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4与第二基础变流链组合22的三个基础变流链4在ax、by、cz三点分别进行串联；将第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点设置为星型输出。

作为上述技术方案的进一步改进，当级联型高压变频器实现10KV电压等级的三相额定输出时，将每相10个H桥功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差18°，将1～10号的10个H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为为0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°、144°和162°，同一相的H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号。

作为本发明另一种级联型高压变频器控制方法技术方案的进一步改进，当级联型高压变频器实现6KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接作为一个中性点，形成一台星型连接的6kV级联型变频器；将第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点进行连接作为另一个中性点，形成另一台星型连接的6kV级联型变频器；将第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22设置为在ax、b y、cz三点处实现并联星型输出。

作为上述技术方案的进一步改进，当级联型高压变频器实现6KV电压等级的三相额定输出时，将每相5个功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差36°；将第一基础变流链组合21的每相1～5号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为0°、36°、72°、108°、144°，将第二基础变流链组合22的每相6～10号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为144°、108°、72°、36°、0°；对第一基础变流链组合21的同相H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号，对第二基础变流链组合22的同相H桥功率单元采用与第一基础变流链组合21对应相极性相反的正弦调制波信号。

作为本发明另一种级联型高压变频器控制方法技术方案的进一步改进，当级联型高压变频器实现3KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点分别与第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点进行连接，每相由两个基础变流链4并联组成一个并联链路；将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点与第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点分别连接到by、cz、ax，将并联链路首尾进行连接，实现三角型输出。

作为上述技术方案的进一步改进，当级联型高压变频器实现3KV电压等级的三相额定输出时，将每相的5个功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差36°；将第一基础变流链组合21每相1～5号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为0°、36°、72°、108°、144°，将第二基础变流链组合22每相6～10号H桥功率单元三角载波的移相相位角依次设置为为144°、108°、72°、36°、0°；对第一基础变流链组合21的同相H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号，对第二基础变流链组合22的同相H桥功率单元采用与第一基础变流链组合21对应相极性相反的正弦调制波信号。

通过实施上述本发明一种级联型高压变频器控制方法的技术方案，具有以下技术效果：

（1）本发明通过对多个变流链路的串、并联组合及星/三角变换分别实现10kV、6kV和3kV电压等级的满容量输出，从而提供了一种能做到一机多用、节约设备和厂房投资的级联型高压变频器装置；

（2）本发明通过使用多档位切换开关，可以用较少的开关数量实现复杂的串、并联组合及星/三角变换，系统结构简单；

（3）本发明通过在各变流链路串入均流电抗器、根据各电压等级输出模式对各H桥功率模块实行不同的载波移相SPWM调制策略保证各并联支路之间没有环流，提高了并联使用时的系统输出容量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明控制方法所应用的级联型高压变频器一种具体实施方式的主电路结构原理图；

图2是本发明级联型高压变频器控制方法一种具体实施方式在10KV电压等级输出模式下的主电路等效示意图；

图3是本发明级联型高压变频器控制方法一种具体实施方式在10KV电压等级输出模式下的SPWM调制波形图；

图4是本发明级联型高压变频器控制方法一种具体实施方式在6KV电压等级输出模式下的主电路等效示意图；

图5是本发明级联型高压变频器控制方法一种具体实施方式在6KV电压等级输出模式下的SPWM调制波形图；

图6是本发明级联型高压变频器控制方法一种具体实施方式在3KV电压等级输出模式下的主电路等效示意图；

图7是本发明级联型高压变频器控制方法一种具体实施方式在3KV电压等级输出模式下的SPWM调制波形图；

图8是本发明控制方法所应用的级联型高压变频器一种具体实施方式中H桥功率单元的电路原理图；

图9是本发明控制方法所应用的级联型高压变频器另一种具体实施方式H桥功率单元的电路原理图；

图10是本发明控制方法所应用的级联型高压变频器一种具体实施方式中基础变流链的等效电路图；

图中：1-移相变压器，2-变频器，3-多档位切换开关组合，4-基础变流链，21-第一基础变流链组合，22-第二基础变流链组合，QS1-第一切换开关，QS2-第二切换开关，QS3-第三切换开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图10所示，给出了本发明一种级联型高压变频器控制方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明控制方法所应用的一种级联型高压变频器的具体实施方式，包括：移相变压器1、变频器2和多档位切换开关组合3。变频器2与移相变压器1相连，多档位切换开关组合3与变频器2相连。变频器2的每相进一步包括两个基础变流链4，基础变流链4包括H桥功率单元和均流电抗器。10kV三相电压从电网输入至移相变压器1，经过移相变压器1降压后为变频器2的H桥功率单元供电。H桥功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压，H桥功率单元输出的单相交流电压再输出至多档位切换开关组合3，通过改变多档位切换开关组合3的开关状态改变每个基础变流链的串、并联方式和输出形式，实现了不同电压等级额定容量的输出。如附图10所示，每个基础变流链进一步包括五个H桥功率单元和一个电抗器，H桥功率单元和电抗器相互串联。如附图8和附图9所示，H桥功率单元可以进一步采用单象限变流器或两象限变流器或四象限变流器，实现单象限或两象限或四象限运行。本发明中H桥功率单元的可控开关器件可以是IGBT或IGCT、IEGT等。

本发明将5个H桥功率单元串联组成最小的变流链路单位，通过多档位开关切换控制多个变流链路的串、并联组合及星/三角型变换，分别实现10kV、6kV和3kV电压等级变频器的满容量输出。同时通过在各变流链路串入均流电抗器、根据各电压等级输出模式对各H桥功率单元实行不同的载波移相SPWM调制策略，保证了各并联支路之间没有环流，提高并联模式下系统整体输出容量。

移相变压器1的一次绕组采用星型接法，移相变压器1的每个二次绕组均采用延边三角型接法。H桥功率单元的数量由单个H桥功率单元的额定输出电压和级联型高压变频器的最低输出电压等级决定。H桥功率单元的电压等级和串联数量决定变频器2的输出电压，H桥功率单元的额定输出电流决定变频器2的输出电流。本发明级联型高压变频器的每相由10个H桥功率单元的组成，每个H桥功率单元的输出电压范围为0～700V，额定输出电流为600A。通过多档位切换开关组合3，可改变H桥功率单元的串联数目、并联结构、星-三角输出等形式，从而保证在10kV、6kV、3kV各电压等级满容量输出。

变频器2包括第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22，第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22在ax、by、cz三点处连接，且均包括三个基础变流链4。第一基础变流链组合21包括三个基础变流链4，分别是：由H桥功率单元（以下称：模块）U1～U5、均流电抗器L1组成的第一个基础变流链4，由模块V1～V5、均流电抗器L3组成的第二个基础变流链4，由模块W1～W5、均流电抗器L5组成的第三个基础变流链4；第二基础变流链组合22包括三个基础变流链4，分别是：由模块U6～U10、均流电抗器L2组成的第一个基础变流链4，由模块V6～V10、均流电抗器L4组成的第二个基础变流链4，由模块W6～W10、均流电抗器L6组成的第三个基础变流链4。

多档位切换开关组合3进一步包括第一切换开关QS1、第二切换开关QS2和第三切换开关QS3。第一切换开关QS1为二选一切换开关，使第一基础变流链组合21三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接成中性点，或与第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点并联起来。第二切换开关QS2为三选一切换开关，使第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点连接成中性点，或悬空成为变频器输出点，或与第一基础变流链组合21三个基础变流链4的X、Y、Z三点并联起来。第三切换开关QS3为二选一切换开关，使第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点或ax、b y、cz三点成为变频器2的输出点。

当级联型高压变频器实现10KV电压等级的三相额定输出模式时，各多档位开关位置如表1所示，该模式下每相输出由两条变流链路串联组成，成为一台标准的级联型高压变频器，等效电路示意图如附图2所示。变频器的X、Y、Z三点连接作为中性点，每相由10个H桥功率模块串联组成的变流链路星型连接，A、B、C作为输出点。该模式可以实现10kV电压等级、10MVA容量的额定输出。在该模式下，第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接作为中性点。第一基础变流链组合21的三个基础变流链4与第二基础变流链组合22的三个基础变流链4在ax、b y、cz三点分别串联。从第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点星型输出。

表110kV电压等级输出模式的开关状态、输出形式及能力

10kV电压等级输出模式载波移相SPWM调制方式如附图3所示。在该模式下，每相输出由两条变流链路串联组成，即10个H桥功率单元级联而成。当级联型高压变频器实现10KV电压等级的三相额定输出时，每相10个H桥功率单元的三角载波移相相位角依次相差180°/10=18°，每相1～10号的10个H桥功率单元的三角载波（tri1～tri10）移相相位角依次为0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°、144°和162°。同一相的H桥功率单元（1～5号模块，即U1～U5与6～10号模块，即U6～U10）采用相同的正弦调制波信号。

当级联型高压变频器实现6KV电压等级的三相额定输出时，该模式下各多档位开关位置如表2所示，由5个H桥功率单元串联组成一台6kV级联型高压变频器，由2台6kV级联型变频器并联实现2倍额定电流的输出，等效电路示意图如附图4所示。第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接作为一个中性点，每相由1～5号H桥功率单元串联组成的变流链路星型连接，组成一台星型连接的6kV级联型变频器。第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点连接作为另一个中性点，每相由6～10号H桥功率单元串联组成的变流链路星型连接，组成另一台星型连接的6kV级联型变频器。第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22在ax、b y、cz三点处实现并联星型输出，且每条并联支路都串入了均流电抗器以减小支路间环流。该模式可以实现6kV电压等级、10MVA容量的额定输出。

表26kV电压等级输出模式的开关状态、输出形式及能力

6kV电压等级输出模式载波移相SPWM调制方式如附图5所示。在该模式下，变频器2的每相输出由5个H桥功率单元串联组成。当级联型高压变频器实现6KV电压等级的三相额定输出时，每相5个功率单元的三角载波移相相位角依次相差180°/5=36°。一条变流链路H桥功率模块的级联顺序为1至5，另一条并联变流链路H桥功率模块的级联顺序为10至6。为保证两条并联链路输出电压波形的完全一致性，同一相的1～5号（第一基础变流链组合21的每相1～5号）H桥功率单元的三角载波（tri1～tri5）移相相位角依次为0°、36°、72°、108°、144°；同一相的6～10号（第二基础变流链组合22的每相6～10号）H桥功率单元的三角载波（tri6～tri10）移相相位角依次为144°、108°、72°、36°、0°。第一基础变流链组合21的同相（同一相的1～5号，即U1～U5）H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号，第二基础变流链组合22的同相（同一相的6～10号，即U6～U10）H桥功率单元采用与第一基础变流链组合21对应相极性相反的正弦调制波信号。

当级联型高压变频器实现3KV电压等级的三相额定输出时，该模式下各多档位开关位置如表3所示，由5个H桥功率单元串联组成一条变流支路，由2条变流支路组成一个并联链路，将三条并联链路首尾连接实现三角型输出，使输出电流能力提高1.732倍。等效电路示意图如附图6所示。第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点分别与第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点连接，每相由两个基础变流链4并联组成一个并联链路，即1～5号H桥功率单元与6～10号H桥功率单元并联成一条链路。第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点和第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点分别连接到b y、cz、ax，并联链路首尾连接实现三角型输出。在该模式下，可以实现3kV电压等级、10MVA容量的额定输出。

表33kV电压等级输出模式的开关状态、输出形式及能力

当级联型高压变频器实现3KV电压等级的三相额定输出时，3kV电压等级输出模式载波移相SPWM调制方式与6kV电压等级输出模式相同，如附图7所示。在该模式下，每相输出由5个H桥功率单元串联组成，每相的5个功率单元的三角载波移相相位角依次相差180°/5=36°。一条变流链路H桥功率模块的级联顺序为1至5，另一条并联变流链路H桥功率模块的级联顺序为10至6。为保证两条并联链路输出电压波形的完全一致性，每相的1～5号H桥功率单元（第一基础变流链组合21每相1～5号H桥功率单元）的三角载波（tri1～tri5）移相相位角依次为0°、36°、72°、108°、144°，每相的6～10号H桥功率单元（第二基础变流链组合22每相6～10号H桥功率单元）的三角载波（tri6～tri10）移相相位角依次为144°、108°、72°、36°、0°。同一相的1～5号H桥功率单元U1～U5（第一基础变流链组合21的同相H桥功率单元）采用相同的正弦调制波信号，同一相的6～10号H桥功率单元U6～U10（第二基础变流链组合22的同相H桥功率单元）采用与第一基础变流链组合21对应相极性相反的正弦调制波信号。

一种级联型高压变频器控制方法的具体实施方式，该控制方法采用载波移相SPWM调制技术，其基本思想是保持调制信号的波形不变，对级联模块的三角载波信号移动一个角度，此调制方式使各级联H桥功率单元输出电压的叠加波形为多电平的类正弦波。根据变流链路串、并联组合方式的不同，对各级联H桥功率单元的载波移相SPWM调制方式也不一样。该方法具体包括以下步骤：

在级联型高压变频器的变频器2的每一相均采用两个基础变流链4，基础变流链4包括H桥功率单元和均流电抗器；三相电压输入移相变压器1，经过移相变压器1降压后为变频器2的H桥功率单元供电，H桥功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压，通过改变多档位切换开关组合3的开关状态改变每个基础变流链的串、并联方式和输出形式，实现不同电压等级额定容量的输出。

进一步采用星型接法对移相变压器1的一次绕组进行连接，采用延边三角型接法对移相变压器1的每个二次绕组进行连接。

将变频器2划分为第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22。第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22均包括三个基础变流链4；将第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22在ax、b y、cz三点处进行连接；将二选一的第一切换开关QS1设置为使第一基础变流链组合21三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接成中性点，或与第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点并联起来；将三选一的第二切换开关QS2设置为使第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点连接成中性点，或悬空成为变频器输出点，或与第一基础变流链组合21三个基础变流链4的X、Y、Z三点并联起来；将二选一的第三切换开关QS3设置为使第二基础变流链组合22三个基础变流链4的A、B、C三点或ax、b y、cz三点成为变频器2的输出点。

当级联型高压变频器实现10KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接作为中性点；将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4与第二基础变流链组合22的三个基础变流链4在ax、b y、cz三点分别进行串联；将第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点设置为星型输出。将每相10个H桥功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差18°，将1～10号的10个H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为为0°、18°、36°、54°、72°、90°、108°、126°、144°和162°，同一相的H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号。

当级联型高压变频器实现6KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点连接作为一个中性点，形成一台星型连接的6kV级联型变频器；将第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点进行连接作为另一个中性点，形成另一台星型连接的6kV级联型变频器；将第一基础变流链组合21和第二基础变流链组合22设置为在ax、b y、cz三点处实现并联星型输出。将每相5个功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差36°；将第一基础变流链组合21的每相1～5号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为0°、36°、72°、108°、144°，将第二基础变流链组合22的每相6～10号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为144°、108°、72°、36°、0°；对第一基础变流链组合21的同相H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号，对第二基础变流链组合22的同相H桥功率单元采用与第一基础变流链组合21对应相极性相反的正弦调制波信号。

当级联型高压变频器实现3KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点分别与第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点进行连接，每相由两个基础变流链4并联组成一个并联链路；将第一基础变流链组合21的三个基础变流链4的X、Y、Z三点与第二基础变流链组合22的三个基础变流链4的A、B、C三点分别连接到by、cz、ax，将并联链路首尾进行连接，实现三角型输出。将每相的5个功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差36°；将第一基础变流链组合21每相1～5号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为0°、36°、72°、108°、144°，将第二基础变流链组合22每相6～10号H桥功率单元三角载波的移相相位角依次设置为为144°、108°、72°、36°、0°；对第一基础变流链组合21的同相H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号，对第二基础变流链组合22的同相H桥功率单元采用与第一基础变流链组合21对应相极性相反的正弦调制波信号。

本发明通过多档位开关切换控制多个变流链路的串、并联组合及星/三角变换，分别实现10kV、6kV和3kV电压等级变频器的满容量输出，提供了一种能做到一机多用、节约设备和厂房投资的级联型高压变频器。通过在各变流链路串入均流电抗器、根据各电压等级输出模式对各H桥功率单元实行不同PWM调制策略保证各并联支路之间没有环流。通过使用多档位切换开关，可以用较少的开关数量实现复杂的串、并联组合及星/三角变换，系统结构简单。在输出10kV电压等级时，将5个H桥功率单元串联组成最小的变流链路单位，每相由两条变流链路串联组成，变频器星型连接成为一台标准的级联型高压变频器。在输出6kV电压等级时，将5个H桥功率单元串联组成最小的变流链路单位，由三条变流链路组成一台星型连接的6kV级联型变频器，由另三条变流链路组成另一台星型连接的6kV级联型变频器。由2台6kV变频器并联实现2倍额定电流的输出。在输出3kV电压等级时，将5个H桥功率单元串联组成最小的变流链路单位，由2条变流支路组成一条并联链路，将三条并联链路首尾连接实现三角型输出，使输出电流能力提高1.732倍。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

在级联型高压变频器的变频器（2）的每一相均采用两个基础变流链（4），基础变流链（4）包括H桥功率单元和均流电抗器；

三相电压输入移相变压器（1），经过移相变压器（1）降压后为变频器（2）的H桥功率单元供电，H桥功率单元经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压；

H桥功率单元输出的单相交流电压再输出至多档位切换开关组合（3），通过改变多档位切换开关组合（3）的开关状态改变每个基础变流链的串、并联方式和输出形式，实现不同电压等级额定容量的输出。

2.根据权利要求1所述的一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于：

采用星型接法对所述移相变压器（1）的一次绕组进行连接；

采用延边三角型接法对所述移相变压器（1）的每个二次绕组进行连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于：

将所述变频器（2）划分为第一基础变流链组合（21）和第二基础变流链组合（22），所述第一基础变流链组合（21）和第二基础变流链组合（22）均包括三个基础变流链（4）；

将第一基础变流链组合（21）和第二基础变流链组合（22）在ax、by、cz三点处进行连接；

将二选一的第一切换开关（QS1）设置为使第一基础变流链组合（21）三个基础变流链（4）的X、Y、Z三点连接成中性点，或与第二基础变流链组合（22）三个基础变流链（4）的A、B、C三点并联起来；

将三选一的第二切换开关（QS2）设置为使第二基础变流链组合（22）三个基础变流链（4）的A、B、C三点连接成中性点，或悬空成为变频器输出点，或与第一基础变流链组合（21）三个基础变流链（4）的X、Y、Z三点并联起来；

将二选一的第三切换开关（QS3）设置为使第二基础变流链组合（22）三个基础变流链（4）的A、B、C三点或ax、by、cz三点成为变频器（2）的输出点。

4.根据权利要求3所述的一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于：

当级联型高压变频器实现10KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合（21）的三个基础变流链（4）的X、Y、Z三点连接作为中性点；

将第一基础变流链组合（21）的三个基础变流链（4）与第二基础变流链组合（22）的三个基础变流链（4）在ax、by、cz三点分别进行串联；

将第二基础变流链组合（22）的三个基础变流链（4）的A、B、C三点设置为星型输出。

5.根据权利要求3所述的一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于：当级联型高压变频器实现6KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合（21）的三个基础变流链（4）的X、Y、Z三点连接作为一个中性点，形成一台星型连接的6kV级联型变频器；

将第二基础变流链组合（22）的三个基础变流链（4）的A、B、C三点进行连接作为另一个中性点，形成另一台星型连接的6kV级联型变频器；

将第一基础变流链组合（21）和第二基础变流链组合（22）设置为在ax、by、cz三点处实现并联星型输出。

6.根据权利要求3所述的一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于：当级联型高压变频器实现3KV电压等级的三相额定输出时，将第一基础变流链组合（21）的三个基础变流链（4）的X、Y、Z三点分别与第二基础变流链组合（22）的三个基础变流链（4）的A、B、C三点进行连接，每相由两个基础变流链（4）并联组成一个并联链路；

将第一基础变流链组合（21）的三个基础变流链（4）的X、Y、Z三点与第二基础变流链组合（22）的三个基础变流链（4）的A、B、C三点分别连接到by、cz、ax，将并联链路首尾进行连接，实现三角型输出。

7.根据权利要求4所述的一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于：当级联型高压变频器实现10KV电压等级的三相额定输出时，将每相10个H桥功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差                                               

，将1～10号的10个H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为为

、

、

、

、

、、

、

、

和

，同一相的H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号。

8.根据权利要求5所述的一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于：当级联型高压变频器实现6KV电压等级的三相额定输出时，将每相5个功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差

；将第一基础变流链组合（21）的每相1～5号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为

、

、、、

，将第二基础变流链组合（22）的每相6～10号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为、、

、

、

；对第一基础变流链组合（21）的同相H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号，对第二基础变流链组合（22）的同相H桥功率单元采用与第一基础变流链组合（21）对应相极性相反的正弦调制波信号。

9.根据权利要求6所述的一种级联型高压变频器控制方法，其特征在于：当级联型高压变频器实现3KV电压等级的三相额定输出时，将每相的5个功率单元的三角载波移相相位角设置为依次相差

；将第一基础变流链组合（21）每相1～5号H桥功率单元的三角载波移相相位角依次设置为

、、

、

、，将第二基础变流链组合（22）每相6～10号H桥功率单元三角载波的移相相位角依次设置为为

、、

、

、；对第一基础变流链组合（21）的同相H桥功率单元采用相同的正弦调制波信号，对第二基础变流链组合（22）的同相H桥功率单元采用与第一基础变流链组合（21）对应相极性相反的正弦调制波信号。

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