[发明专利]采用级联结构的多电平逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压逆变器，尤其涉及一种采用级联结构的多电平逆变器及其控制方法，所述逆变器具有用于等同地控制多个功率单元的功率因数的装置。

背景技术

通常，采用级联结构的多电平逆变器是高压、大容量逆变器的多电平拓扑，其中串联连接若干个单相逆变器(下面称为功率单元)用于三相电流的各相，因此利用功率单元中的低压功率半导体开关就能获得高电压。

这样，通过将多个单相功率单元串联连接到各AC(交流电)相位，采用级联结构的多电平逆变器能够利用半导体开关获得高电压。

并且，采用级联结构的多电平逆变器具有这样的脉冲宽度调制/相移特性：在相互串联连接的功率单元之间顺序地产生相位差。因此，多电平逆变器可具有低的输出电压变化率(dv/dt)。此外，由于输出电压具有多电平(即多级)，所以采用级联结构的多电平逆变器可获得更小的总谐波失真。

此外，采用级联结构的多电平逆变器极少发生电压反射。因此，即使采用级联结构的多电平逆变器与马达之间的距离较长，也不需要使用单独的装置来防止电压反射现象。

但是，在采用级联结构的多电平逆变器中，对于AC(交流电)输入，各单元相互独立地包括由整流电路和平滑电路组成的AC-DC转换器。因此，采用级联结构的多电平逆变器需要独立绝缘的功率源以用于各功率单元，从而增加了次级绕组的必需供应。并且，由于使用对于各输出有相位延迟的移相变压器，所以采用级联结构的多电平逆变器产生相位差，由于负载的电感成分等原因，采用级联结构的多电平逆变器对于例如关于U、V、W三相中各相的8个功率单元中的每一个都改变相位，这导致功率因数，即各个相的余弦值各不相同。

如果忽略这种功率因数的差别，则各功率单元中再生的电压的电平在控制马达减速时改变。特别地，对于小负载，如果功率因数的差别没有得到补偿，则再生电压集中到特定的(功率)单元，这会使得相应的单元出现问题或者被烧毁，从而导致采用级联结构的多电平逆变器的驱动变为不可能。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种采用级联结构的多电平逆变器，具有等同地控制其中的多个单位单元的功率因数的装置，利用这种多电平逆变器，通过将各单元控制为具有相同的功率因数，能够防止当马达或小负载减速时再生电压集中在特定单元。

本发明的另一目的是提供一种等同地控制多电平逆变器中多个单位单元的功率因数的方法，利用这种方法，通过将各单元控制为具有相同的功率因数，能够防止当马达或小负载减速时再生电压集中在特定单元。

为了实现符合本发明目的的上述及其它优点，如在此具体实施并广泛描述的，提供一种采用级联结构的多电平逆变器，具有等同地控制各单位单元的功率因数的装置，所述逆变器包括：主令控制器，配置为根据一组控制指令，从输出电压和输出频率中提取控制输出；多个功率单元，关于每个相位串联连接，各功率单元包括：AC(交流电)转换器，用于根据所述主令控制器的所述控制输出将三相AC输入电压转换为DC(直流电)输出电压；平滑电路，用于平滑所述DC转换器转换得到的DC电压；以及逆变器，用平滑后的DC电压作为输入电压，产生AC输出电压；移相变压器，用于提供功率单元输入电压，所述变压器具有连接三相AC功率源的初级绕组和相应地连接所述多个功率单元的多个次级绕组；通信网络，连接在所述主令控制器与各功率单元之间，以在所述主令控制器与各功率单元之间提供通信路径；多个单元控制器，与各个功率单元以及所述主令控制器连接，以根据所述主令控制器的电压指令和频率指令来控制各个连接的功率单元的输出电压和输出频率，并且各单元控制器具有脉冲宽度调制器，以产生用作脉冲宽度调制基准的斩波，以便产生可变电压和可变频率的脉冲宽度调制控制信号，由此将产生的脉冲宽度调制控制信号提供给相应连接的功率单元，其中，各单元控制器根据连接单个相的功率单元的预定总数和相应功率单元的层号(即串联连接次序)，计算相应功率单元的相位差值，以便使所述多个功率单元具有相同的功率因数，以据此将所述斩波的相位移动通过该计算所得到的相位差值，由此补偿各功率单元之间的相位差。