[实用新型]一种二极管箝位型多电平变换器直流电容电压的均压控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种二极管箝位型多电平变换器直流电容电压的均压控制装置。

背景技术

二极管箝位式多电平变换器利用多个串联的直流电容接在直流侧两端，同时，变换器每个桥臂的多个串联开关器件通过二极管连接在每个直流电容上，即通过二极管将开关器件的电压箝位到连接的一个直流电容电压上，将直流母线电压分为多个电平。因此，每个桥臂的多个开关器件在不同的开关组合下可向交流侧输出不同电平的电压信号。通过各种PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)调制方法，二极管箝位式多电平变换器将多个电平输出信号合成调制信号，电平数越多，变换器输出的交流电压越逼近调制信号。

但是，在二级管箝位多电平变换器中，各个电容器上输出不相等的功率将导致电容器上的电压不相等，即出现所谓的电容电压不平衡问题。通过优化的PWM调制方法，直流电容在一定条件下能够实现电压平衡与稳定，其平衡与稳定的条件与负载电流的相角有关。当多电平变换器传递纯有功电流时，即负载电流角度在0度附近时，为保证直流电压稳定，要求PWM调制深度不大于0.55，极大的限制二极管箝位电路在有功传递领域的应用。如果调制度过大将导致直流电容电压的不平衡。直流电压不平衡的结果是：多电平变换器最终退化成两电平变换器，同时失去多电平所具有的诸多优点，各个器件耐压不均衡，甚至影响变换器的自身运行安全。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种二极管箝位型多电平变换器直流电容电压的均压控制装置。该装置能够在任意功率因数条件下，特别是在传递有功电流时，实现直流电容的电压均压与稳压，使得变换器的PWM调制深度不再受直流电压稳定条件的限制，保证在任意调制深度条件下实现有功或无功的传递。且其结构简单，成本低，可靠性强。

本实用新型实现其发明目的所采用的技术方案是：一种二极管箝位型多电平变换器直流电容电压的均压控制装置，包括二极管箝位型多电平变换器的多个直流电容C1n，n＝1、2、3...N，其特征是：所述的多个直流电容C1n中的每个直流电容均与相应的辅助开关器件组并联，所述的辅助开关器件组由2只辅助开关器件Sna、Snb，n＝1、2、3...N串联组成；相邻的两辅助开关器件组的中点连接辅助直流电容C2n，n＝1、2、3...N；辅助开关器件Sna、Snb的控制端则与辅助控制模块相连。

本实用新型的均压控制装置实现二极管箝位型多电平变换器直流电容电压均压控制的工作过程：

在一个调制周期的前半段，辅助控制模块控制不相邻的辅助开关器件Sna全部导通，其余的辅助开关器件Snb全部关断；调制周期的后半段，辅助控制模块使开关器件开关状态对调，即前半段开通的开关器件Sna此时关断，前半段关断的开关器件Snb此时开通。

其具体工作原理是：

一个周期前半段不相邻的开关器件全部导通，其余的开关器件全部关断。假设每个开关组中与直流电容正极端连接的开关器件Sna，n＝1、2、3...N导通，此时从直流电压正极端算起，第一、第二、第三...第N-1个(N为多电平变换器的直流电容数)直流电容C11、C12、C13...C1N-1分别与第一、第二、第三...第N-1个辅助电容C21、C22、C23...C2N-1导通进行均压；后半段则为每个开关组中与直流电流负极端侧的开关器件Snb，n＝1、2、3...N导通，此时第二、第三...第N个直流电容C12、C13...C1N分别与第一、第二、第三...第N-1个辅助电容导通进行均压。

因此，在一个PWM周期的前后段时期内，每一个辅助直流电容C2n-1将分别通过相连接的辅助开关器件组的两个开关Sna、Snb与相邻的2个直流电容C1n-1、C1n相连，从而实现了对2个直流电容电压C1n-1、C1n的均压，也即相邻的任一直流电容C1n通过辅助电容C2n-1实现均压。经过M个PWM周期后，从直流电压正极端算起，第一个直流电容C11总共完成了M*N次均压，其他直流电容C1n和辅助电容C2n总共完成了2M*N次均压。足够长时间后所有直流电容C1n最终都将和所有辅助电容C2n的电压趋于同一值，即实现直流电容电压的稳压与均压。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、由均压控制装置实现主电路直流电容的均压与稳压，因此与主电路的PWM调制方法和控制方法无关，不影响现有主电路和控制原理，可用于任一电平、任一结构的二极管箝位变换器的改造和新造，使用范围广，实施方便容易。