[发明专利]一种复合单元级联多电平逆变电路能量回馈装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量回馈装置及其方法，尤其是涉及一种复合单元级联多电平逆变电路及能量回馈装置及其方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，高压变频器作为电力电子技术发展的主要成果之一，因其功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽等优点，在国民经济的各个领域，如冶金、矿山、石化、电力等行业得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。

目前，市场上通用的高压变频器多属于单象限变频器，其主电路拓扑多采用基于不控整流电路或相控整流电路的功率单元构成级联多电平逆变电路结构，传统级联型高压变频器的电路拓扑结构图如图1所示，基于不控整流电路的功率单元如图2所示，基于相控整流电路的功率单元如图3所示。这些传统级联型高压变频器不能直接用于要求电动机四象限运行、快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。当电动机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电动机处于再生发电状态，由于不控、相控整流电路能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生很高的泵升电压，若不及时释放，势必会引起变频器过压保护动作或造成主回路大功率器件的过压损坏。工程上对这种泵升能量多以热能或其它形式消耗掉，极大的浪费了能源，不符合当前的节能需求。

PWM整流电路具有动态响应快、直流侧电压范围可调的优点，其能够满足级联多电平能量双向流动的性能要求。将PWM整流器用于高压变频器的功率单元，能够实现单位功率因数整流运行，因此，高压变频器中实现多重化整流的移相变压器可以用普通的工频变压器代替，这样可以省去复杂的移相接线。但是PWM整流器控制电路需要检测交流侧电流和直流侧电压等信息量用来实现PWM整流控制算法，检测和控制环节的成本增加，同时使系统的控制变得非常复杂，对系统可靠性也带来了不利影响。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能实现负载能量回馈电网，以达到节能效果，同时使输出电压值维持稳定，不仅能满足电动机四象限运行的要求，还能使移相变压器设计要求更为简化的一种复合单元级联多电平逆变电路及能量回馈装置及其方法。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种简化了功率单元系统拓扑结构与控制环节的复杂性，减少了绝缘栅双极型晶体管的使用数量，从而降低了造价成本，具有很高的经济价值的一种复合单元级联多电平逆变电路及能量回馈装置及其方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种复合单元级联多电平逆变电路及能量回馈装置，其特征在于，包括两个级联的能量回馈单元、以及设置在能量回馈单元之间依次级联的若干功率单元，所述功率单元均与能量回馈单元级联设置。

在上述的复合单元级联多电平逆变电路及能量回馈装置，所述能量回馈单元包括能量回馈单元A1和能量回馈单元A4；所述功率单元为两个，分别为功率单元A2和功率单元A3。

一种复合单元级联多电平逆变电路及能量回馈装置，其特征在于，包括两个级联的功率单元、以及设置在功率单元之间依次级联的若干能量回馈单元，所述功率单元均与能量回馈单元级联设置。

在上述的复合单元级联多电平逆变电路及能量回馈装置，所述功率单元包括功率单元A5和功率单元A10；所述能量回馈单元为四个，分别为能量回馈单元A6、能量回馈单元A7、能量回馈单元A8、能量回馈单元A9。

在上述的复合单元级联多电平逆变电路及能量回馈装置，所述能量回馈单元包括一个基于三相PWM整流电路的功率单元，所述基于三相PWM整流电路的功率单元由逆变电路、中间直压电路和三相PWM整流电路并联构成，所述逆变电路均是绝缘栅双极型晶体管构成的单相H型桥式电路；所述中间直压电路均为一直流电容；所述三相PWM整流电路由绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6构成，绝缘栅双极型晶体管T1、T3、T5共集电极，其发射极分别与三相电源的三相相接，绝缘栅双极型晶体管T4、T6、T2共发射极，其集电极分别与三相电源的三相相接。