[发明专利]一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案

权利要求书

1.一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案，其特征在于：包括三个高频滤波器和三相交-直-交变流器电路，所述三相交-直-交变流器电路包括三个单相交-直-交变流器电路，所述单相交-直-交变流器电路包括单相整流级电路，所述单相整流级电路包括一个单相整流器和N个级联的控制模块单元，其中N≥1为正整数，所述单相整流级电路提供一对公共的高压输出直流母线，所述单相交-直-交变流器电路包括单相逆变级电路，所述单相逆变级电路包括一个N+1电平级联式逆变器单元，所述N+1电平级联式逆变器单元的直流输入端与所述单相整流级电路提供的一对公共的高压输出直流母线直接相联，所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级电路有两个交流输入端，三个所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级电路共有六个交流输入端，三个所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级电路的第一交流输入端构成一组接线端，三个所述单相交-直-交变流器电路的单相整流级电路的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共的中性点上，另外一组接线端分别与三个所述高频滤波器串联，接入三相电网，构成星形连接。

2.一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案，其特征在于：包括三相交流电动机，所述三相交流电动机的每相定子绕组分别与三个权利要求1所述的单相交-直-交变流器电路中的所述N+1电平级联式逆变器单元的交流输出端相联，构成开绕组连接，实现三相功率流之间的电气隔离。

3.一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案，其特征在于：包括一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案的控制策略，所述一种无变压器隔离的新型中高压变频调速系统实现方案的控制策略步骤如下：

(1)为提高逆变级电路的直流电压利用率，得到和传统空间矢量脉宽调制一样的控制效果，假定每相逆变级电路三相正弦参考电压信号由下式给出：

式中V^*为传统空间矢量脉宽调制指令电压信号，v_a^*、v_b^*、v_c^*为三相正弦参考电压信号，ωt为V^*的旋转角度；

(2)根据传统空间矢量脉宽调制波形和面积等效原理，得到各相逆变级电路在各扇区的脉宽调制电压波形v_a^*、v_b^*、v_c^*的表达式分别为：

(第一扇区)(第二扇区)

(第三扇区)(第四扇区)

(第五扇区)(第六扇区)

T_S＝2(T₀+T_a+T_b)

式中，T₀为零矢量作用时间，T_s为开关周期，V_d为每相逆变器的直流侧电压，T_a、T_b分别为滞后指令电压信号V^*的矢量作用时间和超前指令电压信号V^*的矢量作用时间；

(3)假定步骤(1)中的指令电压信号V^*位于第五扇区时：

上式α为V^*在每个扇区的角度，把上式T_a、T_b、ωt带入步骤(2)中的第五扇区的v_ao^*、v_bo^*、v_co^*中，得到下式：

当步骤(1)中的指令电压信号V^*位于第一、第二、第三、第四、第六扇区时，按同样的方式把上面T_a、T_b、ωt的表达式带入步骤(2)中的第一、第二、第三、第四、第六扇区可求出v_ao^*、v_bo^*、v_co^*在第一、第二、第三、第四、第六扇区的表达式如下：

(4)综合步骤(3)中各个扇区的v_ao^*、v_bo^*、v_co^*得到下式：

(5)将步骤(4)中0≤ωt≤2π范围内三相脉宽调制波形v_ao^*、v_bo^*、v_co^*为一个周期进行周期延伸，得到在0≤ωt≤2kπ范围内的三相脉宽调制波形v_ao^*、v_bo^*、v_co^*，k≥1为正整数；

(6)设每相逆变级电路需要逆变出的正弦电压峰值为V_ac，参与每相逆变级电路PWM调制的信号为v_am^*、v_bm^*、v_cm^*，令式中V_d为步骤(2)中每相逆变器的直流侧电压；

(7)当步骤(6)中的g1时，参与每相逆变级电路PWM调制的信号v_am^*、v_bm^*、v_cm^*为:

当步骤(6)中的g≥1时，参与每相逆变级电路PWM调制的信号v_am^*、v_bm^*、v_cm^*为:

上式的v_ao^*、v_bo^*、v_co^*为步骤(5)中的0≤ωt≤2kπ范围内的三相脉宽调制波形v_ao^*、v_bo^*、v_co^*；

(8)由于每相逆变级电路采用N+1电平级联式逆变器单元，N≥1为正整数，需要N个不同的三角载波信号，这些N个不同的三角载波信号具有相同的频率和幅值，并且在空间上连续垂直分布，对称分布于时间轴两侧，N个不同的三角载波信号的相位依次相差180°，这些N个不同的三角载波信号周期为步骤(2)中的开关周期T_s，幅值为式中V_m为步骤(7)中每相逆变级电路PWM调制的信号v_am^*、v_bm^*、v_cm^*的幅值；

(9)将步骤(7)中的每相逆变级电路PWM调制信号v_am^*、v_bm^*、v_cm^*与步骤(8)中的N个三角载波信号进行比较，得出每相逆变级电路的PWM信号，进而控制每相逆变级电路的功率开关管，该控制策略在满足一定输出电压范围内提高了直流电压利用率，实现了和传统空间矢量脉宽调制一样的控制效果。