CN114696634A - 并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法 - Google Patents

并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法，属于电流源型整流器技术领域，传统的电平注入式电流源型整流器拓扑结构中，多电平直流分配单元的某一注入支路为固定平均占空比，即拓扑的可控制量只有一个，无法实现功率解耦控制等。通过本申请方案，可以使该拓扑结构的多电平直流分配单元的某一注入支路由固定平均占空比改进为占空比任意可调，从而使得该拓扑的可控制量从一个增加到两个(相位与幅值)，在理论上可实现功率解耦控制。

Description

并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法
技术领域
本发明属于电流源型整流器技术领域，具体涉及并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法。
背景技术
现有技术中，传统的电平注入式电流源型整流器拓扑结构中，多电平直流分配单元的注入支路为固定平均占空比1，为一常量，即拓扑的可控制量只有一个，无法实现功率解耦控制等。
因此，现阶段需设计一种并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法，来解决以上问题。
发明内容
本发明目的在于提供一并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，传统的电平注入式电流源型整流器拓扑结构中，多电平直流分配单元的某一注入支路为固定平均占空比，即拓扑的可控制量只有一个，无法实现功率解耦控制等。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构，包括移相变压器、两组三相主变换桥、直流多电平分配单元；
变压器联结采用Yyd11或Yyd1，原边对副边变比为k_n:1(Y/y)和k_n:√3(Y/d)。
所述三相主变换桥各开关器件采用半控型器件晶闸管，各桥臂开关在一个电源周期内开通120°电角度，对应变压器联结组别Yyd11、Yyd1晶闸管触发顺序分别为d1-y1-d2-y2-d3-y3-d4-y4-d5-y5-d6-y6-d1、y1-d1-y2-d2-y3-d3-y4-d4-y5-d5-y6-d6-y1，触发间隔为30°电角度；
所述多电平直流分配单元用于使原本平直的两组主变换桥直流侧电流变换为周期性变换且具有零值区间的等增量阶梯波，从而改变网侧电流波形质量和方便进行功率解耦控制，也为三相主变换桥开关切换提供零电流条件。
进一步的，所述多电平直流分配单元脉冲序列需满足如下要求：
1)、注入开关频率为6倍三相主变换桥开关频率；
2)、在一定周期内各注入开关器件遍历所有正常工作状态；
3)、向主桥提供一定零值区间的、周期性变化的等增量阶梯波电流；
4)、多电平直流分配单元每一注入支路只有在该支路占空比为1的时候，该注入直流两开关状态互补，而当该支路占空比不为1的时候，该注入支路就会存在两开关同时关断的状态，此时该支路连接续流二极管为所在注入支路电感电流经负载提供续流回路。
进一步的，多电平直流分配单元注入开关占空比改变逻辑为缩短各电平的开通度而改变占空比D；其中，多电平注入式电流源型整流器不同电平的缩短比例关系：
n(k+1)＝(2k+1)n1,k＝0,1,2...,(m-2)；
n1表示各电平整流器最高电平的缩短度数；
n(k+1)表示各电平整流器相应电平的缩短度数；
m表示多电平整流器电平数。
进一步的，多电平注入式电流源型整流器D与n1关系为：
Figure BDA0003583464880000021
进一步的，当注入电平为三电平的情况下，电平1的缩小电角度该为电平2的3倍；因为注入电流波形为中心对称波形，所以最高电平数脉冲宽度的一半为可缩短最大量，n1大于0，小于7.5；n2表示电平1的缩减值，n2＝3n1；占空比D与n1关系为：n1＝7.5(1-D)。
并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法，采用如上述的多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构进行调制。
一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如上述的一种多电平注入式电流源型整流器新调制方法。
一种计算机存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如上述的一种多电平注入式电流源型整流器新调制方法。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本方案其中一个有益效果在于，经过这种新调制方法，可以使该拓扑结构的多电平直流分配单元的某一注入支路由固定平均占空比改进为占空比任意可调，从而使得该拓扑的可控制量从一个增加到两个(相位与幅值)，在理论上可实现功率解耦控制。
附图说明
图1为本申请实施例的多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构示意图。
图2为本申请实施例的调制控制逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1-附图2，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做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。
现有技术中，传统的电平注入式电流源型整流器拓扑结构中，多电平直流分配单元的某一注入支路为固定平均占空比，即拓扑的可控制量只有一个，无法实现功率解耦控制等。
实施例：
如图1所示，提出一种多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构，包括移相变压器、两组三相主变换桥、多电平直流分配单元；
变压器联结采用Yyd11或Yyd1，原边对副边变比为kn:1(Y/y)和kn:√3(Y/d)。
所述三相主变换桥各开关器件采用半控型器件晶闸管，各桥臂开关在一个电源周期内开通120°电角度，对应变压器联结组别Yyd11、Yyd1晶闸管触发顺序分别为d1-y1-d2-y2-d3-y3-d4-y4-d5-y5-d6-y6-d1、y1-d1-y2-d2-y3-d3-y4-d4-y5-d5-y6-d6-y1，触发间隔为30°电角度；
所述多电平直流分配单元用于使原本平直的两组主变换桥直流侧电流变换为周期性变换且具有零值区间的等增量阶梯波，从而改变网侧电流波形质量和方便进行功率解耦控制，也为三相主变换桥开关切换提供零电流条件。
其中，该拓扑结构是建立在电流注入基础上的新拓扑，它采用多电平变换、零电流开断和电流注入技术，能够实现灵活的功率控制、输出高质量的电流波形、具有较高的可靠性。通过对注入开关开关状态的周期性控制，将直流侧恒定电流变换为两组具有零值区间，周期性等增量阶梯变化的直流电流分配到两组并联的三相主变换桥，从而能够在交流侧合成正弦度较好电流波形。主电路开关器件在工频条件下工作，注入电路开关频率在低频下工作。开关器件工作频率较低，降低了器件动态损耗，交流侧产生可控的交流输出电流，输出高质量的电流波形。能实现有功无功控制，也能够自由控制变换器输出的电流幅值和相位，如同PWM控制效果，适用于大电流场合。
该拓扑由12脉波晶闸管整流器与多电平直流分配单元级联形成，12脉波晶闸管整流器由移相变压器和两组并联三相桥组成，多电平直流分配单元由注入开关、续流二极管、平波电感组成的注入支路并联形成。根据两组桥与变压器连接方式分为Y桥和D桥。Sy1-Sy6为Y桥开关器件；Sd1-Sd6为D桥开关器件；Syr1-Syr(m-1)为与Y桥相连接的多电平直流分配单元的控制开关；Sdr1-Sdr(m-1)为与D桥相连接的多电平直流分配单元的控制开关；Iy和Id分别是Y桥和D桥的直流侧注入电流，iay、iby、icy和iad、ibd、icd是移向变压器副边Y型和D型三相绕组电流，ia为网侧交流电流，Idc为直流电流，L1-L(m-1)为平波电感。VD1-VD(m-1)为续流电感。
其中，当多电平直流分配单元某一注入回路两注入开关全关闭时，续流二极管VD1、VDm-1为所在注入支路电感电流经负载提供续流回路。
进一步的，所述多电平直流分配单元脉冲序列需满足如下要求：
1)、注入开关频率为6倍三相主变换桥开关频率；
2)、在一定周期内各注入开关器件遍历所有正常工作状态；
3)、向主桥提供一定零值区间的、周期性变化的等增量阶梯波电流；
4)、多电平直流分配单元每一注入支路只有在该支路占空比为1的时候，该注入直流两开关状态互补，而当该支路占空比不为1的时候，该注入支路就会存在两开关同时关断的状态，此时该支路连接续流二极管为所在注入支路电感电流经负载提供续流回路。
进一步的，为了尽量缩小改变占空比这种操作对于该整流器整体性能的影响，尤其是为了尽量降低网侧谐波，多电平直流分配单元注入开关占空比改变逻辑为缩短各电平的开通度而改变占空比D，应该保证不同电平基于最高注入电平按照不同比例(其中，不同电平相对于最高电平按照不同比例进行缩短，对于五电平也就是1、3、5、7这4个比例。以五电平说明，五电平包括0，1，2，3，4个电平，所以五电平的最高电平就是4电平，五电平情况下，n1最大3.75°，最小0°。假如电平4整体上缩短了2°，那么，n1＝1°,n2＝3n1＝3°，即表示电平3整体上缩短6°，n3＝5n1＝5°，即表示电平2整体上缩短10°，n4＝7n1＝14°，即表示整体上缩短14°。)进行缩短；其中，多电平注入式电流源型整流器不同电平的缩短比例关系：
n(k+1)＝(2k+1)n1,k＝0,1,2...,(m-2)；
n1表示各电平整流器最高电平的缩短度数；
n(k+1)表示各电平整流器相应电平的缩短度数；
m表示多电平整流器电平数。
进一步的，多电平注入式电流源型整流器D与n1关系为：
Figure BDA0003583464880000051
进一步的，当注入电平为三电平的情况下，电平1的缩小电角度该为电平2的3倍；因为注入电流波形为轴对称波形，所以最高电平数脉冲宽度的一半为可缩短最大量(D1的理论值不论是几电平，最大为0.5，最小为0。当然随着电平数的增加，n1是在逐渐减小的。三电平n1最大为7.5°。五电平最大为3.75°，七电平最大为2.5°。)，n1大于0，小于7.5；n2表示电平1的缩减值，n2＝3n1；占空比D1与n1关系为：n1＝7.5-15D1。
并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法，采用如上述的多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构进行调制。
一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如上述的一种多电平注入式电流源型整流器新调制方法。
一种计算机存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如上述的一种多电平注入式电流源型整流器新调制方法。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构，其特征在于，包括移相变压器、两组三相主变换桥、多电平直流分配单元；
变压器联结采用Yyd11或Yyd1，原边对副边变比为kn:1(Y/y)和
Figure FDA0003583464870000011
所述三相主变换桥各开关器件采用半控型器件晶闸管，各桥臂开关在一个电源周期内开通120°电角度，对应变压器联结组别Yyd11、Yyd1晶闸管触发顺序分别为d1-y1-d2-y2-d3-y3-d4-y4-d5-y5-d6-y6-d1、y1-d1-y2-d2-y3-d3-y4-d4-y5-d5-y6-d6-y1，触发间隔为30°电角度；
所述多电平直流分配单元用于使两组主变换桥直流侧平稳电流变换为周期性变化且具有零值区间的等增量阶梯波，从而改变网侧电流波形质量和方便进行功率解耦控制，也为三相主变换桥开关切换提供零电流换相条件。
2.如权利要求1所述的多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构，其特征在于，所述多电平直流分配单元脉冲序列需满足如下要求：
1)、注入开关频率为6倍三相主变换桥开关频率；
2)、在一定周期内各注入开关器件遍历所有正常工作状态；
3)、向主桥提供一定零值区间的、周期性变化的等增量阶梯波电流；
4)、多电平直流分配单元每一注入支路只有在该支路占空比为1的时候，该注入直流两开关状态互补，而当该支路占空比不为1的时候，该注入支路就会存在两开关同时关断的状态，此时该支路连接续流二极管为所在注入支路电感电流经负载提供续流回路。
3.如权利要求1或2所述的多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构，其特征在于，多电平直流分配单元开关占空比改变逻辑为压缩各电平的开通度而改变占空比D；其中，多电平注入式电流源型整流器不同电平的缩减电角度为n(k+1)＝(2k+1)n1,k＝0,1,2...m,-(
n1表示各电平整流器最高电平的缩短度数；
n(k+1)表示各电平整流器相应电平的缩短度数；
m表示多电平整流器电平数。
4.如权利要求3所述的多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构，其特征在于，多电平注入式电流源型整流器D与n1关系为：
Figure FDA0003583464870000021
5.如权利要求4所述的多电平注入式电流源型整流器新调制拓扑结构，其特征在于，当注入电平为三电平的情况下，电平1的缩小电角度该为电平2的3倍；因为注入电流波形为轴对称波形，所以最高电平数脉冲宽度的一半为可缩短最大量，n1大于0，小于7.5；n2表示电平1的缩减值，n2＝3n1；占空比D与n1关系为：n1＝7.5(1-D)。
6.并联型多电平注入式电流源型整流器功率解耦调制方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的多电平注入式电流源型整流器新调制电路进行调制。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如权利要求6所述的一种多电平注入式电流源型整流器新调制方法。
8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如权利要求6所述的一种多电平注入式电流源型整流器新调制方法。
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