专利名称：基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种电能质量改善方法，特别是涉及一种级联多电平电路的负序补偿方法。
背景技术：
电力系统中，由于不对称或非线性负载的使用，其产生的三相不平衡负序和高次谐波电 流注入三相电网系统，影响了供电系统的电能质量，同时也会引起大量的附加损耗。有源电 力滤波器及无功补偿器等装置是有效的改善电能质量的方案。然而在高压领域的应用中，由 于受到器件耐压的限制，常用的方式是通过工频变压器连接通用的逆变桥主电路与高压电网， 然而笨重的工频变压器大大增加了电力电子变换装置的成本、体积，并且限制了系统的效率。 级联式补偿装置是高压系统中常见的应用装置，但是因为拓扑结构中不同相的储能电容的能 量无法交换，因此使得这种结构对于负序分量的补偿受到一定的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决级联多电平电路不同相的储能电容能量交换问题， 为主电路实现负序补偿提供能量交换通道。 本发明的技术方案如下
通过高频隔离型多端口双向变换器来实现不同相之间电容上的能量交换。在级联多电平 电路中，通过多端口双向变换器(Converter—k)建立各相储能电容之间的能量交换通道。将 负序能量流入相上电容的能量通过隔离双向变换器，向负序流出相上的电容进行转移，实现 各相的负序补偿，提高电能质量。
本发明的有益效果-
本发明在级联多电平拓扑结构的基础上，通过隔离双向变换器平衡各相的负序能量。通 过采用负序能量平衡的方式，克服了传统级联多电平电路使用的局限性，拓宽了级联多电平 电路的应用领域。
图l为典型三相单级多电平电路的负序补偿结构框图 图2为典型三相k级级联多电平电路的负序补偿结构框图 图3(a)为二电平的H桥结构单元。 图3 (b)为二极管箝位的三电平结构单元。图4为N相k级级联多电平电路的负序补偿结构框图。
具体实施例方式
结合附图对本发明的实施方式作进一步说明
图1是典型三相单级多电平电路的负序补偿结构框图，三个功率单元A" B!、 d分别
构成A、 B、 C三相桥臂，电容Cw、 CB1、 Cd分别是功率单元A,、 B!、 d的储能电容。当 负序电流出现时，将导致各相上的电容电压不平衡，负序电流使得储能电容上的电压出现波 动，能量流入相上的电容电压将上升，能量流出相上的电容电压将下降。每个双向变换器单 元有三个端口，分别是P/u、 PB1、 PC1,三个端口分別与Ca,、 Cbk Cd相连，实现能量在三 者之间的交换，即能量从负序能量流入相上的电容流向负序能量流出相上的电容，以此保证 电容上能量的平衡。
图2是典型三相k级级联多电平电路的负序补偿结构框图。理论上，级数k取大于等 于l的任意正整数。功率単元Ak A2……Ak构成A相桥臂；Bk B2……Bk构成B相桥臂； Ci、 C2……Ck构成C相桥臂；电容CAi、 Ca2……CAk是Ai、 A2……Ak的储能电容。同理，
Cbi、 Cb2……CBk是Bi、 B2 Bk的储能电容，Cci、 Cc2......Cck是Ci、 C2 Ck的储能
电容。当负序电流出现时，将导致各相上的电容电压不平衡，以第k级级联单元为例，负序
电流使得CAk、 CBk、 Cck上的电压出现波动，能量流入相上的电容电压将上升，能量流出相
上的电容电压将下降。对于图中所示方案，可能出现一相负序能量流入、二相流出的情况， 也可能出现一相负序能量流出、二相流入的情况。
双向变换器在图中表示为Converter—1, Converter—1......Converter—k，其中Converter_k
为第k级功率单元对应的变换器单元。每个变换器单元有三个端口，分别是P"、 Pb" Pck， 三个端口分别与CAk、 CBk、 Cck相连，实现能量在三者之间的交换，即能量从负序能量流入 相上的电容流向负序能量流出相上的电容，以此保证电容上能量的平衡。
图3是功率单元的不同结构形式示例。其中图3 (a)是二电平的H桥结构单元，图3 (b)是二极管箝位的三电平结构单元，其他类型的结构单元在此不做一一罗列。对应于图2 中级联的功率单元Ak的线端标号Akl、 Ak2、 Ak3、 Ak4,图3中功率单元的输出端口 Pi、
P2、 P3、 P4。
图4是N相k级级联多电平电路的负序补偿结构框图，理论上，相数N取大于等于2 的任意正整数，级数k取大于等于l的任意正整数。如图4所示，系统包括N相桥臂，此时 多端口双向变换器的端口数相应为N，建立各相之间电容能量交换的通道。
权利要求
1.基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其特征在于在级联多电平电路中(Ak)、(Bk)、(Ck)分别是A、B、C相多电平电路的第k级功率单元，k≥1；多端口双向变换器通过端口(PAk)连接(Ak)的储能电容(CAk)，通过端口(PBk)连接(Bk)的储能电容(CBk)，通过端口(PCk)连接(Ck)的储能电容(CCk)；通过多端口的双向变换器，在各相之间平衡级联式桥式电路各个储能电容的能量，实现负序补偿。
2. 根据权利要求l所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其 特征在于级联多电平电路不同相的储能电容的能量通过双向变换器进行传递；在典型的三 相系统中，多端口双向变换器的高频隔离变压器有三个相绕组，分别对应三相；定义负序电 流流入侧为原边相，负序电流流出侧为副边相，则高频变压器的三个端口分配有两种形式， 即一个原边两个副边相，或者是两个原边一个副边相。
3. 根据权利要求l所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其 特征在于在三相系统的基础上，通过增减相数，能够扩展成两相或者大于三相的多相系统。
4. 根据权利要求l所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其 特征在于在三相系统中，多端口双向变换器的高频隔离变压器的容量一般情况下小于传统 工频变压器容量的三分之一。
5. 根据权利要求l所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其 特征在于所提出方法适用于多种结构形式的功率单元2H桥、3H桥或者采用其他可控器 件构成的适合于级联多电平电路的功率单元；也适用于各种不同功率单元构成的混合式主电路。
6. 根据权利要求l所述的基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，其特征在于在多级的级联多电平电路中，不同级的功率单元之间也能通过多端口双向变换器进行功率交换。
全文摘要
本发明公开了一种基于隔离型双向变换器的级联多电平电路的负序补偿方法，涉及一种电能质量改善方法，它是通过高频隔离的多端口双向变换器来实现不同相之间储能电容上的能量交换。多端口双向变换器通过端口(P<sub>Ak</sub>)连接(A<sub>k</sub>)的储能电容(C<sub>Ak</sub>)，通过端口(P<sub>Bk</sub>)连接(B<sub>k</sub>)的储能电容(C<sub>Bk</sub>)，通过端口(P<sub>Ck</sub>)连接(C<sub>k</sub>)的储能电容(C<sub>Ck</sub>)，k≥1；通过多端口的双向变换器，在各相之间平衡级联桥式电路各个储能电容的能量，实现负序补偿。本发明实现了级联多电平电路相与相之间的电容能量的交换，克服了现有级联多电平电路无法实现负序平衡的问题。本发明还能用于多相系统，极大扩展了级联多电平电路的应用领域。
文档编号H02J3/01GK101345422SQ20081011957
公开日2009年1月14日 申请日期2008年9月3日 优先权日2008年9月3日
发明者杨晓峰, 飞 林, 游小杰, 贺明智, 郑琼林, 郝瑞祥, 黄先进 申请人:北京交通大学