CN113990625A - 高频大容量的电力电子单元并联装置及载波多重化方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种高频大容量的电力电子单元并联装置及载波多重化方法，其中装置包括：第一控制模块控制各电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度；第二控制模块控制各电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N；处理模块根据各电力电子单元的载波及调制波生成各电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，可以实现N个脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。

Description

高频大容量的电力电子单元并联装置及载波多重化方法

技术领域

本申请涉及高频技术领域，尤其涉及一种高频大容量的电力电子单元并联装置及载波多重化方法。

背景技术

当前电力电子装置的功率不断提升，已经达到了兆瓦、数十兆瓦，而功率半导体器件的电流、及电压水平仍然有限。为了提高电力电子装置的电流，通常有两种方式：第一种方式是采用功率半导体器件直接并联，该方式对电路、结构的设计要求高，且存在静、动态均流问题，功率半导体器件的并联数量越多，并联难度越高，均流效果越差，同时电力电子装置体积也比较大，存在运输、安装比较困难的问题。第二种方式是电力电子单元并联，即先用功率半导体器件实现较小电流的电力电子单元，然后通过并联多个电力电子单元形成具有更大电流的电力电子装置。第二种方式并联难度低，电力电子单元体积小，具有运输、安装比较方便的特点，且可以通过改变电力电子单元的并联数量来满足不同的功率需求，灵活性高，拓展性好，有利于标准化，还具备容错运行能力，已成为大功率电力电子装置的一种趋势。但是采用多个电力电子单元并联时，不同电力电子单元之间不可避免的存在输出电压偏差，从而会在电力电子单元之间形成环流。现有技术中，电力电子单元的环流降低了并联系统的输出电流能力，环流较大时甚至影响设备正常运行。

现有技术中，为了降低环流，在每个电力电子单元的输出端增加环流抑制电抗器。环流抑制电抗器的电感值如果选的太小，则环流抑制效果较弱；如果选的太大，一方面会增加电抗器的体积和成本，另一方面输出电流会在其上产生较大压降，导致输出电压降低。此外，电力电子单元输出频率提高时，载波比下降，输出电压质量降低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种高频大容量的电力电子单元并联装置及载波多重化方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种高频大容量电力电子单元的并联装置，包括：

第一控制模块、第二控制模块、处理模块，N个电力电子单元，所述第二控制模块分别与所述第一控制模块及所述处理模块电连接，各电力电子单元与电抗器连接，所述电抗器还用于与负载连接，或者各电力电子单元与感性负载的各子绕组直接相连；

所述第一控制模块，用于控制各所述电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，所述调制波的频率用f_b表示，所述调制波的相位用θ_b表示；

所述第二控制模块，用于控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数，所述载波的频率用f_c表示，所述载波的相位用θ_c表示；

所述处理模块，用于根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。

可选的，所述处理模块，还用于当k₂＝kN时，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2kπ，基于各电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的幅值相同，控制不产生环流，使得各脉冲宽度调制电压直接加载在所述感性负载上。

可选的，所述处理模块，还用于当k₂≠kN时，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2k2π/N度，各电力电子单元的脉冲宽度调制电压流经所述感性负载，在各电力电子单元之间产生谐波环流，以通过所述谐波环流在所述感性负载上的压降抵消谐波电压。

可选的，所述电抗器包括N个绕组，所述电抗器的各所述绕组与对应的电力电子单元连接。

可选的，所述电抗器包括：连接磁芯、公共磁芯、N个单元磁芯及N个绕组；

所述连接磁芯连接各单元磁芯形成闭合磁路，所述连接磁芯还连接所述公共磁芯；

所述公共磁芯包括第一部分磁芯及第二部分磁芯，第一部分磁芯及第二部分磁芯之间设置有气隙；

各绕组缠绕在对应的单元磁芯上，各所述绕组的一端用于与对应的电力电子单元连接，各所述绕组的另一端并接后的输出端用于与负载连接。

可选的，所述N个单元磁芯分布在以所述公共磁芯为中心轴的圆筒侧面，且所述N个单元磁芯的任意相邻两个单元磁芯相隔360/N度；

所述连接磁芯包括2N个连接磁芯，N个连接磁芯分布在所述圆筒的底面，N个连接磁芯分布在所述圆筒的顶面，且在底面或顶面上的任意两个相邻连接磁芯之间的夹角等于360/N度，且各连接磁芯分别与对应的单元磁芯及所述公共磁芯连接。

可选的，所述感性负载为以下任一种：电抗器、电机及变压器，所述电抗器、所述电机或者所述变压器的绕组包括N个子绕组，所述电抗器、所述电机或者所述变压器的各子绕组与对应的电力电子单元连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种载波多重化方法，应用于第一方面所提供的高频大容量电力电子单元的并联装置，所述方法包括：

控制各电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，调制波的频率用f_b表示，调制波的相位用θ_b表示；

控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数，载波的频率用f_c表示，载波的相位用θ_c表示；

根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。

可选的，所述方法还包括：

当k₂＝kN时，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2kπ，基于各电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的幅值相同，控制不产生环流，使得各脉冲宽度调制电压直接加载在所述感性负载上。

可选的，所述还包括：

当k₂≠kN时，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2k2π/N度，各电力电子单元的脉冲宽度调制电压流经所述感性负载，在各电力电子单元之间产生谐波环流，以通过所述谐波环流在所述感性负载上的压降抵消谐波电压。

上述本申请提供的高频大容量电力电子单元的并联装置及载波多重化方法，控制各电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，调制波的频率用f_b表示，调制波的相位用θ_b表示；控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数，载波的频率用f_c表示，载波的相位用θ_c表示；根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。这样，通过各电力电子单元调制波、载波幅值和相位之间相互配合，可以达到各并联单元在输出相同基波电压同时，特定谐波成分相互抵消，提高等效载波频率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请实施例提供的高频大容量电力电子单元的并联装置的结果示意图；

图2示出了本申请实施例提供的电抗器的一结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的电抗器的一环流磁通路径示意图；

图4示出了本申请实施例提供的电抗器的一负载电流磁通路径示意图；

图5示出了本申请实施例提供的电抗器的另一结构示意图；

图6示出了本申请实施例提供的负载电抗器的一负载电流示意图；

图7示出了本申请实施例提供的负载电抗器的一环流示意图；

图8示出了本申请实施例提供的载波多重化方法的一流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本公开实施例提供了一种高频大容量电力电子单元的并联装置。

请参阅图1，高频大容量电力电子单元的并联装置100包括：第一控制模块101、第二控制模块102、处理模块103及N个电力电子单元，所述第二控制模块102分别与所述第一控制模块101及所述处理模块103电连接，各电力电子单元与电抗器连接，所述电抗器还用于与负载连接，或者各电力电子单元与感性负载的各子绕组直接相连。

在本实施例中，第一控制模块301，用于控制各所述电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，所述调制波的频率用f_b表示；所述调制波的相位用θ_b表示；

第二控制模块302，用于控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数；所述载波的频率用f_c表示；所述载波的相位用θ_c表示；

处理模块303，用于根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各所述脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各所述脉冲宽度调制电压的幅值相同，各所述脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。

在本实施例中，对于k₂是否等于kN进行分类分析。在k₂＝kN时，所述处理模块103，还用于确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2kπ，基于各电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的幅值相同，控制不产生环流，使得各脉冲宽度调制电压直接加载在所述感性负载上。

当k₂≠kN时，所述处理模块103，还用于确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2k2π/N度，各电力电子单元的脉冲宽度调制电压流经所述感性负载，在各电力电子单元之间产生谐波环流，以通过所述谐波环流在所述感性负载上的压降抵消谐波电压。

在本实施例中，所述电抗器包括N个绕组，所述电抗器的各所述绕组与对应的电力电子单元连接。

在本实施例中，所述电抗器包括：连接磁芯、公共磁芯、N个单元磁芯及N个绕组；

所述连接磁芯连接各单元磁芯形成闭合磁路，所述连接磁芯还连接所述公共磁芯；

所述公共磁芯包括第一部分磁芯及第二部分磁芯，第一部分磁芯及第二部分磁芯之间设置有气隙；

各绕组缠绕在对应的单元磁芯上，各所述绕组的一端用于与对应的电力电子单元连接，各所述绕组的另一端并接后的输出端用于与负载连接。

需要补充说明的是，各所述绕组的绕向满足从各电力电子单元输出的电流流经对应绕组进入所述负载的过程中所产生的磁通方向一致。

在本实施例中，所述N个单元磁芯分布在以所述公共磁芯为中心轴的圆筒侧面，且所述N个单元磁芯的任意相邻两个单元磁芯相隔360/N度；

所述连接磁芯包括2N个连接磁芯，N个连接磁芯分布在所述圆筒的底面，N个连接磁芯分布在所述圆筒的顶面，且在底面或顶面上的任意两个相邻连接磁芯之间的夹角等于360/N度，且各连接磁芯分别与对应的单元磁芯及所述公共磁芯连接。

需要说明的是，假设有N个电力电子单元分别与电抗器对应的绕组连接，各绕组缠绕在对应的单元磁芯上，N个电力电子单元分别编号1号、2号、…、N号，1号电力电子单元流过电流为I₁，2号单元流过电流为I₂，…，N号电力电子单元流过电流为I_N。则总的负载电流为：I_total＝I₁+I₂+…+I_N；各电力电子单元流过的负载电流定义为：I_load＝(I₁+I₂+…+I_N)/N；第N号电力电子单元对应环流为I_{cir_N}＝I_N-I_load。可以知道，各电力电子单元流过的电流等于该电力电子单元的负载电流与环流之和；所有电力电子单元的负载电流之和等于总负载电流；所有电力电子单元环流之和等于0。也即负载电流对外流向负载，环流仅在电力电子单元之间流动，并不对外提供输出电流。如果电力电子各单元流过电流完全相等，则电流全部为输出电流，没有环流。

在本实施例中，电抗器可以为能够并联N个电力电子单元的电抗器，N为大于等于2的整数。

在本实施例中，N个电力电子单元与电抗器对应的绕组连接，电抗器的各绕组并接后与负载连接，在电抗器中会相应产生负载电流及环流。其中，负载电流为对外输出的电流，即流向负载的电流；环流是在各电力电子单元之间流动，不对外流向负载的电流。

需要说明的是，单元磁芯、连接磁芯及公共磁芯的材质相同，为了便于区分功能及便于描述，对应进行命名。单元磁芯的截面积较大，公共磁芯的截面积较小，公共磁芯的第一部分磁芯及第二部分磁芯之间设置有气隙，设置气隙的目的为增大回路磁阻，并防止公共磁芯饱和。

在本实施例中，所述单元磁芯、所述连接磁芯构成所述电抗器中环流对应的第一磁通流通路径，通过调整所述第一磁通流通路径的长度、各绕组的匝数调整所述电抗器的环流电感的大小。

在本实施例中，由于公共磁芯上设有气隙，空气磁导率远低于磁芯，所以对应的磁阻较大，可近似认为环流产生磁通仅穿过单元磁芯和连接磁芯，而不穿过公共磁芯。通过调节第一磁通流通路径的长度和绕组匝数就可以改变环流电感的大小。

在本实施例中，所述连接磁芯、所述各单元磁芯、所述公共磁芯构成各负载电流对应的第二磁通流通路径，在所述各绕组的匝数不变的情况下，通过调整所述气隙的大小调整所述电抗器的输出电感的大小。

进一步补充说明的是，由于空气的磁导率远低于磁芯，回路磁阻主要由气隙产生，单元磁芯及连接磁芯的一部分、公共磁芯组成负载电流产生的第二磁通流通路径。此外，在单元磁芯及连接磁芯的一部分、公共磁芯4也组成负载电流产生的第二磁通流通路径。在绕组匝数一定情况下，改变气隙大小，就可以调整输出电感大小。气隙越大，磁阻越大，电感越小，反之亦然。

补充说明的是，各单元磁芯和连接磁芯中穿过的磁通是一致的，是各电力电子单元的负载电流经输出电感产生的磁通与环流经环流电感产生的磁通之和。根据允许的最大环流、要求的环流抑制电感值、负载电流、要求的输出电感值、绕组匝数这些信息，就可以确定单元磁芯和连接磁芯中磁通大小，进而可以确定单元磁芯和连接磁芯的截面积。由要求的输出电感值、负载电流，可以确定公共磁芯中磁通大小，进而可以确定公共磁芯的截面积。

下面结合图2、图3及图4，对三并联电力电子单元用电抗器为例，进行详细说明。

请参阅图2，图2中的电抗器有三个单元磁芯2，有六个连接磁芯3、一个公共磁芯4、三个绕组6及三个电力电子单元1。单元磁芯2与电力电子单元1一一对应，一个单元磁芯2对应一个电力电子单元1。三个单元磁芯2分布在以公共磁芯4为轴线的圆柱侧面上，相邻单元磁芯2之间彼此互差120度。绕组6与电力电子单元1一一对应，并缠绕在对应的单元磁芯2上，绕组6的一端与对应的电力电子单元1连接，绕组6的另一端并接于并接点7，通过电抗器的输出端8与负载连接。绕组6的绕向，应保证电流从电力电子单元流向输出端8时，产生的磁通方向一致。

请参阅图3，在图3中用箭头符号所在的单元磁芯2及连接磁芯3组成环流产生的第一磁通流通路径，通过调节该第一磁通流通路径的长度和绕组匝数就可以改变环流电感的大小。

请参阅图4，在图4中用箭头符号标示了三个第二磁通流通路径，各第二磁通流通路径均由连接磁芯3、单元磁芯2、连接磁芯3及公共磁芯4所组成的磁通路径。在绕组6匝数一定情况下，改变气隙5大小，就可以调整输出电感大小。

在本实施例中，对于对N并联电力电子单元用电抗器来说，所述N个单元磁芯分布在以所述公共磁芯为中心轴的圆筒侧面，且所述N个单元磁芯的任意相邻两个单元磁芯相隔360/N度；

所述连接磁芯包括2N个连接磁芯，N个连接磁芯分布在所述圆筒的底面，N个连接磁芯分布在所述圆筒的顶面，且在底面或顶面上的任意两个相邻连接磁芯之间的夹角等于360/N度，且各连接磁芯分别与对应的单元磁芯及所述公共磁芯连接。

在本实施例中，所述连接磁芯的截面积大于等于所述单元磁芯的截面积。各绕组的绕向满足各电力电子单元输出的电流流经绕组进入负载的过程中所产生的磁通方向均为由所述圆筒的顶面指向底面的方向，或者由所述圆筒的底面指向顶面的方向。

在本实施例中，单元磁芯的截面积处处相等，各连接磁芯类似车轮的辐条设置在底面或顶面，使得连接磁芯可以均匀分布在以公共磁芯为中心轴的圆筒的底面和顶面。根据负载电流大小、允许的环流的大小，要求的环流抑制电感、输出电感这几个数据，可以确定单元磁芯、连接磁芯及公共的截面积、公共磁芯的气隙的大小、以及绕组的匝数。

在本实施例中，所述连接磁芯按照同一水平面上平行排布方式连接所述N个单元磁芯及所述公共磁芯。

在本实施例中，连接磁芯按照同一水平面上平行排布方式连接所述N个单元磁芯及所述公共磁芯，所形成的闭合磁路的磁路对称性降低，由于各电力电子单元的电流产生的磁通穿过的连接磁芯长度不一样，各电力电子单元对应电抗之间的磁通一致性有所降低。需要通过调整公共磁芯的设置位置提高磁路对称性。

在本实施例中，所述公共磁芯包括第一公共磁芯及第二公共磁芯，所述连接磁芯按照同一水平面上平行排布方式依次连接所述第一公共磁芯、所述N个单元磁芯及所述第二公共磁芯。

举例来说，请参阅图5，所述连接磁芯3按照同一水平面上平行排布方式连接第一公共磁芯401、3个单元磁芯2及第二公共磁芯402。三个绕组6分别缠绕在对应的单元磁芯2上，各绕组6的一端与电力电子单元1连接，各绕组的另一端并接于并接点7，电抗器的输出端8用于与负载连接。

在本实施例中，所述各连接磁芯的截面积大于所述单元磁芯的截面积。

在图5所示的实施方式中，将第一公共磁芯401、第二公共磁芯402分别放置在3个单元磁芯2的两侧，这样可以提高磁路对称性。此外，还可以增大连接磁芯3的截面积，使得其磁阻远远小于单元磁芯2对应的磁阻，这样各磁路磁阻主要由单元磁芯2和公共磁芯4的磁阻决定，连接磁芯3的长度的影响可以忽略。电力电子单元的数量增加时，也可以采用同样实施方式，在此不做限制。

补充说明的是，现有常规独立的环流电抗器，每个环流电抗器内流过的是电力电子单元的电流，其在电抗磁芯内产生的磁通为力电子单元的电流与电抗器电感的乘积，电力电子单元的电流和环流电抗器的电感都较大，因而对于现有环流电抗器来说，磁通值较大，所需磁芯截面积大，电抗器的体积较大，成本较高。

本实施例所提供的电抗器，单元磁芯、连接磁芯中穿过的磁通为各电力电子单元的负载电流产生的磁通与环流产生的磁通之和，而公共磁芯中穿过的磁通为所有电力电子单元负载电流产生的磁通之和。负载电流产生的磁通为输出负载电流与输出电感的乘积，虽然负载电流大，但是输出电感值相较环流电感小得多，因此其磁通较小。环流产生的磁通为环流值与环流抑制电感的乘积，由于环流较电力电子单元的电流小很多，其值也较小。因此各磁芯中的磁通幅值较小，这大幅降低了磁芯大小，从而降低了电抗器体积、重量和成本。

此外，由于环流抑制电感和输出电感对应的磁路是独立的，使得两者电感值可以独立设计，因此可以在实现很强的环流抑制效果的同时，不明显降低输出电压。

本实施例提供的电抗器，由单元磁芯、连接磁芯构成电抗器中环流对应的第一磁通流通路径，通过调整第一磁通流通路径的长度、各绕组的匝数调整环流电感值，可以提供环流抑制需要的环流抑制电感值。此外，由连接磁芯、各单元磁芯、公共磁芯构成负载电流对应的第二磁通流通路径，通过调整公共磁芯气隙的大小调整输出电感，可以提供输出滤波需要的输出电感。这样，电抗器的环流抑制电感值、输出滤波电感值可以独立设计，互不影响，并且减小电抗器的体积和成本。

在本实施例中，所述感性负载为以下任一种：电抗器、电机及变压器，所述电抗器、所述电机或者所述变压器的绕组包括N个子绕组，所述电抗器、所述电机或者所述变压器的各子绕组与对应的电力电子单元连接。感性负载的绕组一般由多个子绕组并联以增加额定电流。对于连接感性负载的高频大容量电力电子单元，可以将感性负载的绕组中并联的子绕组打开，分别用不同电力电子单元供电，利用子绕组之间的漏感实现对环流的抑制。

下面结合图6、图7对感性负载为单相电抗器时，单相电抗器的绕组的各子绕与电力电子单元进行连接的情况进行说明。

请参阅图6，图6中的单相电抗器包括两个单元磁芯2、两个连接磁芯3、绕组6包括第一子绕组61及第二子绕组62、及两个电力电子单元1。单元磁芯2与电力电子单元1一一对应，一个单元磁芯2对应一个电力电子单元1。第一子绕组61的一端与电力电子单元1一一对应，并缠绕在对应的单元磁芯2上，第二子绕组62的一端与对应的电力电子单元1连接，第一子绕组61及第二子绕组62的另一端并接于并接点7，通过电抗器的输出端8与负载连接。

在图6中用箭头符号指示第一子绕组61及第二子绕组62的负载电流的方向，第一子绕组61及第二子绕组62的负载电流的方向相同，第一子绕组61及第二子绕组62的负载电流产生的磁通互相加强，总的负载电流对应的电感为负载的全电感，也即分裂供电不改变负载电流对应的电感。

在图7中用箭头符号指示第一子绕组61及第二子绕组62的环流的方向，第一子绕组61及第二子绕组62的环流的方向中的环流电流方向相反，第一子绕组61及第二子绕组62的环流在电抗器磁芯中产生的磁通互相抵消，也即对环流来说不存在主电感，仅存在漏电感，环流对负载本身运行不产生影响，仅在漏电感上产生压降。

本公开实施例提供的高频大容量电力电子单元的并联装置，控制各电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，调制波的频率用f_b表示，调制波的相位用θ_b表示；控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数，载波的频率用f_c表示，载波的相位用θ_c表示；根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。这样，通过各电力电子单元调制波、载波幅值和相位之间相互配合，可以达到各并联单元在输出相同基波电压同时，特定谐波成分相互抵消，提高等效载波频率。

实施例2

本公开实施例还提供一种载波多重化方法。本公开实施例提供的载波多重化方法应用于实施例1提供的高频大容量电力电子单元的并联装置。

具体的，请参阅图8，本实施例提供的载波多重化方法包括：

步骤S101，控制各电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，调制波的频率用f_b表示，调制波的相位用θ_b表示；

步骤S102，控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数，载波的频率用f_c表示，载波的相位用θ_c表示；

步骤S103，根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。

补充说明的是，在各脉冲宽度调制电压的输出频率k₁f_b±k₂f_c中，式中k₁＝1，3，5，…，2N-1时，k₂＝0，2，4，…,2N；k₁＝0，2，4，…,2N时，k₂＝1，3，5，…,2N+1。

在本实施例中，所述载波多重化方法包括：

当k₂＝kN时，k为整数，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2kπ，基于各电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的幅值相同，控制不产生环流，使得各脉冲宽度调制电压直接加载在所述感性负载上。

补充说明的是，脉冲宽度调制电压的相位互差2kπ也即相位相同。具体来说，当k₂＝kN，其中k为整数时，所有N个电力电子单元产生的电压相位互差2kπ度，也即相位相同，由于幅值也相等，不会产生环流。电力电子单元的输出电压会直接施加在负载上。对于基波相当于k₁＝1，k₂＝0，满足k₂＝0×N，也即基波会直接施加给负载。

在本实施例中，所述载波多重化方法包括：

当k₂≠kN时，k为整数，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2k2π/N度，各电力电子单元的脉冲宽度调制电压流经所述感性负载，在各电力电子单元之间产生谐波环流，以通过所述谐波环流在所述感性负载上的压降抵消谐波电压。

在本实施例中，在空间矢量坐标系上，N个电力电子单元产生的电压矢量是以圆点为圆心呈星形向外辐射，其幅值相等，相角在圆周角度方向均匀分布，这些电压矢量互不相等，且和为0。因此，各电力点子单元输出的电压经本实施例提供的电抗器或者感性负载漏感，在电力电子单元之间产生谐波环流，而谐波环流在电抗器或者感性负载上的压降会反向抵消谐波电压，使其不会输出到负载的电压中。当k₂＝1、2…，N-1时，都满足k₂≠kN，也即对应的谐波电压不会最终输出给负载，其效果相当于采用频率为Nf_c的载波，也即相当于等效载波的频率提高了N倍。

本公开实施例提供的载波多重化方法，控制各电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，调制波的频率用f_b表示，调制波的相位用θ_b表示；控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数，载波的频率用f_c表示，载波的相位用θ_c表示；根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。这样，通过各电力电子单元调制波、载波幅值和相位之间相互配合，可以达到各并联单元在输出相同基波电压同时，特定谐波成分相互抵消，提高等效载波频率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种高频大容量电力电子单元的并联装置，其特征在于，所述装置包括：第一控制模块、第二控制模块、处理模块，N个电力电子单元，所述第二控制模块分别与所述第一控制模块及所述处理模块电连接，各电力电子单元与电抗器连接，所述电抗器还用于与负载连接，或者各电力电子单元与感性负载的各子绕组直接相连；

所述第一控制模块，用于控制各所述电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，调制波的频率用f_b表示，调制波的相位用θ_b表示；

所述第二控制模块，用于控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数，载波的频率用f_c表示，载波的相位用θ_c表示；

所述处理模块，用于根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。

2.根据权利要求1所述的高频大容量电力电子单元的并联装置，其特征在于，所述处理模块，还用于当k₂＝kN时，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2kπ，基于各电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的幅值相同，控制不产生环流，使得各脉冲宽度调制电压直接加载在所述感性负载上。

3.根据权利要求1所述的高频大容量电力电子单元的并联装置，其特征在于，所述处理模块，还用于当k₂≠kN时，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2k2π/N度，各电力电子单元的脉冲宽度调制电压流经所述感性负载，在各电力电子单元之间产生谐波环流，以通过所述谐波环流在所述感性负载上的压降抵消谐波电压。

4.根据权利要求1所述的高频大容量电力电子单元的并联装置，其特征在于，所述电抗器包括N个绕组，所述电抗器的各所述绕组与对应的电力电子单元连接。

5.根据权利要求4所述的高频大容量电力电子单元的并联装置，其特征在于，所述电抗器包括：连接磁芯、公共磁芯、N个单元磁芯及N个绕组；

所述连接磁芯连接各单元磁芯形成闭合磁路，所述连接磁芯还连接所述公共磁芯；

所述公共磁芯包括第一部分磁芯及第二部分磁芯，第一部分磁芯及第二部分磁芯之间设置有气隙；

各绕组缠绕在对应的单元磁芯上，各所述绕组的一端用于与对应的电力电子单元连接，各所述绕组的另一端并接后的输出端用于与负载连接。

6.根据权利要求5所述的高频大容量电力电子单元的并联装置，其特征在于，所述N个单元磁芯分布在以所述公共磁芯为中心轴的圆筒侧面，且所述N个单元磁芯的任意相邻两个单元磁芯相隔360/N度；

所述连接磁芯包括2N个连接磁芯，N个连接磁芯分布在所述圆筒的底面，N个连接磁芯分布在所述圆筒的顶面，且在底面或顶面上的任意两个相邻连接磁芯之间的夹角等于360/N度，且各连接磁芯分别与对应的单元磁芯及所述公共磁芯连接。

7.根据权利要求1所述的高频大容量电力电子单元的并联装置，其特征在于，所述感性负载为以下任一种：电抗器、电机及变压器，所述电抗器、所述电机或者所述变压器的绕组包括N个子绕组，所述电抗器、所述电机或者所述变压器的各子绕组与对应的电力电子单元连接。

8.一种载波多重化方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的高频大容量电力电子单元的并联装置，所述方法包括：

控制各电力电子单元的调制波幅值相同、调制波相位互差0度，调制波的频率用f_b表示，调制波的相位用θ_b表示；

控制各所述电力电子单元的载波幅值相同、相邻两个电力电子单元的载波相位互差2π/N，第N个电力电子单元的载波相位为2π×(N-1)/N度，N为正整数，载波的频率用f_c表示，载波的相位用θ_c表示；

根据各所述电力电子单元的载波及调制波生成各所述电力电子单元的脉冲宽度调制电压，各脉冲宽度调制电压的输出频率为k₁f_b±k₂f_c，各脉冲宽度调制电压的幅值相同，各脉冲宽度调制电压的相位为k₁θ_b±k₂θ_c，相邻两个电力电子单元对应的两个脉冲宽度调制电压的相位互差k₂2π/N，以实现N个所述脉冲宽度调制电压的谐波成分相互抵消。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

当k₂＝kN时，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2kπ，基于各电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的幅值相同，控制不产生环流，使得各脉冲宽度调制电压直接加载在所述感性负载上。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

当k₂≠kN时，确定相邻两个电力电子单元产生的脉冲宽度调制电压的相位互差2k2π/N度，各电力电子单元的脉冲宽度调制电压流经所述感性负载，在各电力电子单元之间产生谐波环流，以通过所述谐波环流在所述感性负载上的压降抵消谐波电压。

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