[发明专利]基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器，属于功率电子变换的范畴。

背景技术

多脉冲逆变技术采用移相变压器对多相逆变的输出进行叠加，消除低次谐波，使合成的波形逼近正弦波，具有谐波含量少、开关频率低、可靠性高、效率高、过载能力强、不会产生额外的电磁干扰等优点，同时，系统中的移相变压器还可使输入输出电气隔离，对电网污染小。基于以上特点，多脉冲逆变技术广泛应用于大功率交流驱动、新能源应用和电能质量控制中。

根据叠加对象不同，多脉冲逆变技术可分为电压源型（即实现电压叠加）与电流源型（即实现电压叠加）。在并网逆变场合，通过电压叠加控制进网电流时，系统必须引入设计十分复杂的高阶滤波器，易引起系级不稳定，降低了多脉冲变流器的可靠性。若采用电流源型多脉冲逆变器（即实现电流叠加），将直接对网侧电流进行控制，滤波与控制都十分简单，可靠性高。但目前的电流源型逆变器通过分立的移相变压器输出侧并联实现电流叠加，磁性元件数量多，系统体积大。

同时，近些年来，随着新能源技术的发展与节能环保意识的深入，作为对偶功率变换结构的逆变器与整流器之间的边界越来越模糊，变流器在不同时刻需完成不同形式功率变换（整流或逆变）的场合越来越多。如在直流微网场合，当新能源供电过剩时，需通过变流器将剩余电能经逆变后并入电网，当新能源供电不足时，需通过变流器将电网电能经整流后供给负载。在电力机车牵引场合，当机车正常运行时，三相电能需通过变流器将交流电能变换为直流电能为机车电动机供电，当机车减速时，需通过变流器将电动机回馈的直流电能变换为低谐波的交流电并入电网，实现电能的充分利用。综上可知，实现能量双向流动既是多脉冲逆变器未来发展的必然要求，也将使多脉冲技术在逆变与整流场合实现通用，进一步拓展其应用场合。

南京航空航天大学的许爱国在“城市轨道交通再生制动能量利用技术研究”一文中提出将电压源型多脉冲变流器通过空间矢量调制的控制方法实现能量的双向流动。但如前所述，通过电压叠加控制进网电流使系统必须引入设计十分复杂的高阶滤波器，且易引起系级不稳定，降低了多脉冲变流器的可靠性。若能实现电流源型多脉冲逆变器能量双向流动，其将直接对网侧电流进行控制，滤波与控制都十分简单，可靠性高。但如前所述，目前的电流源型多脉冲逆变器通过分立的移相变压器输出侧并联实现电流叠加，磁性元件数量多，系统体积大；同时，系统的开关管通常采用晶闸管或二极管，其单向导电性使传统的电流源型多脉冲逆变器无法在逆变的基础上实现整流，即双向传输能量。

发明内容

本发明的目的是在传统电流源型多脉冲逆变器控制与滤波简便的优点基础上，缩小其磁性元件的体积重量，克服其能量无法双向传输的缺点，提出一种基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器。

本发明的目的是通过以下措施实现的： 

基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器，它包括依次连接的直流侧电路、可逆三相桥组、多脉冲变压器、三相交流电源，其中直流侧电路中串入电感，使直流侧近似为恒定电流源。它还包括控制电路，该控制电路的信号输入端连接在多脉冲变压器与三相交流电源之间，控制电路的控制端与所述可逆三相桥组连接。

所述控制电路包括信号处理器和放大、隔离电路，其中信号处理器的信号输入端连接在多脉冲变压器与三相交流电源之间，放大、隔离电路的输出端与可逆三相桥组连接。

可逆三相桥组中三相桥的组数与多脉冲双向变流器的脉冲数相对应，其中6脉冲双向变流器对应1组三相桥；12脉冲双向变流器对应2组三相桥；18脉冲双向变流器对应3组三相桥；24脉冲双向变流器对应4组三相桥。

所述多脉冲变压器为自耦型或隔离型，并包括其各种绕组结构类型，例如12、18脉冲变压器绕组结构可以是P型（Polygon），D型（Delta）或者是DT型。

可逆三相桥组的接法可以为各三相桥两端同极性端点相连，再与直流侧电路两端点相连，各桥臂中点依次与多脉冲变压器对应接口连接。也可以采用其它连接方式。

所述多脉冲变压器为12或24脉冲双向变流器时，所述直流侧电路与可逆三相桥组之间最好接入平衡电抗器，接入平衡电抗器能实现各三相桥电流均流。也可以不接平衡电抗器。

可逆三相桥组各三相桥两端端点与相应多脉冲变流器的平衡电抗器相连，各桥臂中点依次与多脉冲变压器对应接口连接。

可逆三相桥组的开关单元采用电压双象限、电流双象限的开关管或复合开关管。