专利名称：一种新的拓扑结构电压源型逆变器及调节方法
技术领域：
本发明涉及一种电压源型逆变器及调节方法，尤其是涉及一种新的拓扑结构电压源型逆变器及调节方法。
背景技术：
随着电力系统的发展，电能质量问题越来越引起人们的重视。基于全控型器件的电压源型逆变器，以其快速的响应速度和优越的补偿性能，在电力系统无功补偿、电机调速、直流输电等领域得到越来越多的应用。目前电压源型逆变器主要的拓扑结构有以下两种:第一种为三相桥式结构。三相桥式结构可以便捷地实现正序无功补偿、负序电流补偿、谐波补偿及有功调节等功能，但是受限于拓扑结构和器件参数，其应用也存在很大的局限性。最基本的三相桥式结构为三相半桥结构，其具有结构和控制简单，设计容易等优势，但是输出的谐波含量相对较高，而且受器件耐压等级的限制，多用于低压无功补偿的场合。为了进一步拓宽三相桥式结构的应用范围，先后出现了二极管钳位多电平、飞跨电容多电平、器件串联、MMC等技术。其中，二极管钳位多电平、飞跨电容多电平由于拓扑结构复杂，电平数和实用电压等级有一定的限制；器件串联和MMC技术很好地解决了逆变器在高压下运行的问题，其中MMC技术还可同时实现多电平的功能，但是两者的控制较复杂，只在少数工程中得到应用。第二种为级联型结构。级联型结构是基于单相全桥模块的串联结构，在不增加单个单元设计水平的基础上，实现了逆变器在高压下的应用。该结构最早在电力变频器中提出，目前已成为中高压STATC0M、电力变频器的主流拓扑结构。级联型结构根据不同的连接方式又可以分为三角形连接和星形连接的级联型逆变器。两者在正序无功的补偿效果上基本没有差异；在负序电流补偿方面，三角形连接结构理论上可以完全补偿不平衡电流，而星形连接结构只能保证不平衡下自身的稳定运行，无法做到完全的补偿；在谐波补偿方面，星形连接的逆变器在控制上更加简单。
发明内容
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:—种新的拓扑结构电压源型逆变器，其特征在于，包括基于单相桥级联结构的逆变器以及基于三相桥式结构的逆变器；所述基于单相桥级联结构的逆变器为三相，三相级联型逆变器在中性点处同时接入三相桥式结构逆变器连接成星形结构；或三相桥式结构逆变器位于三相级联型逆变器的中性点。在上述一种新的拓扑结构电压源型逆变器中，级联结构的逆变器每一相由N个H桥单元级联构成，其直流侧可只接电容、或接直流网络、或通过变流器接入交流网络。在上述一种新的拓扑结构电压 源型逆变器中，所述三相桥式结构的逆变器采用三相半桥结构式逆变器、或三相全桥结构式逆变器、或二极管钳位多电平结构式逆变器、或飞跨电容多电平结构式逆变器、或器件串联结构式逆变器、或模块组合多电平结构式逆变器。在上述一种新的拓扑结构电压源型逆变器中，所述的三相桥式结构的逆变器的直流侧可只接电容、或接直流网络、或通过变流器接入交流网络。本发明结合三相桥式和星形连接的级联型两种逆变器，创造性的提出一种新的电压源型逆变器拓扑结构，该结构既具有三相桥式补偿范围广的特点，又具有级联型逆变器应用电压等级高的优势。该拓扑结构的提出，丰富了电压源型逆变器的拓扑类型和应用前
旦
-5^ O一种基于新的拓扑结构电压源型逆变器的调节方法，其特征在于，包含以下调节方法:调节方法一:级联型逆变器与三相桥逆变器直流侧只接直流电容，完成无功与负序电流的完全补偿，具体步骤为:步骤1:稳态下，逆变器并网连接电抗上的电压降用G表示，可分解为正序分量Ul.与负序分量，逆变器输出电流用/表不，可分解为正序无功分量j+与负序分量；其中:&+与接入点处电压Cji相位相同，用来补偿系统的正序无功电流用来补偿系统的负序电流；根据电抗器特性，正序电压分量(超前正序电流分量/+相位90°，负序电压分量超前负序电流分量]_相位90° ;步骤2:对于级 联型逆变器而言，为保证其能够稳定运行，其输出电压味必须与输出电流/成90°的相位关系,贝U分解为正序分量 ,与负序分量；对于三相桥式逆变器，在稳态下，其输出电压(>2与输出电流i间的相位关系可调，
同样可分解为正序分量,,与负序分量f>2—;步骤3:在无功和负序分量的实现中，需要遵循的主要原则:
权利要求
1.一种新的拓扑结构电压源型逆变器，其特征在于，包括基于单相桥级联结构的逆变器以及基于三相桥式结构的逆变器；所述基于单相桥级联结构的逆变器为三相，三相级联型逆变器在中性点处同时接入三相桥式结构逆变器连接成星形结构；或三相桥式结构逆变器位于三相级联型逆变器的中性点。
2.根据权利要求1所述的一种新的拓扑结构电压源型逆变器，其特征在于，级联结构的逆变器每相由N个H桥单元级联构成，其直流侧只接电容、或接直流网络、或通过变流器接入交流网络。
3.根据权利要求1所述的一种新的拓扑结构电压源型逆变器，其特征在于，所述三相桥式结构的逆变器采用三相半桥结构式逆变器、或三相全桥结构式逆变器、或二极管钳位多电平结构式逆变器、或飞跨电容多电平结构式逆变器、或器件串联结构式逆变器、或模块组合多电平结构式逆变器。
4.根据权利要求3所述的一种新的拓扑结构电压源型逆变器，其特征在于，所述的三相桥式结构的逆变器的直流侧只接电容、或接直流网络、或通过变流器接入交流网络。
5.一种基于新的拓扑结构电压源型逆变器的调节方法，其特征在于，包含以下调节方法: 调节方法一:级联型逆变器与三相桥式逆变器直流侧只接直流电容，完成无功与负序电流的完全补偿，具体步骤为: 步骤1:稳态下，逆变器并网连接电抗上的电压降用&Α表示，并分解为正序分量与负序分量逆变器输出电流用j表示，并分解为正序无功分量i+与负序分量/_;其中:i)L+与接入点处电圧t/相位相 同，用来补偿系统的正序无功电流；用来补偿系统的负序电流；根据电抗器特性，正序电压分量 超前正序电流分量/+相位90°，负序电压分量超前负序电流分量j_相位90° ; 步骤2:对于级联型逆变器而言，为保证其能够稳定运行，其输出电压O1必须与输出电流j成90°的相位关系,则分解为正序分量与负序分量P1 ； 对于三相桥式逆变器，在稳态下，其输出电压仏与输出电流/间的相位关系可调，同样分解为正序分量G与负序分量C/2_ ; 步骤3:在无功和负序分量的实现中，需要遵循的主要原则: uL+ = 5- ι+-(> ijl_ =-(H) 根据无功与负序指令电流来实现桥式结构与级联结构逆变器电压输出的合理分配，从而控制装置输出电流j，以达到无功和负序分量的完全补偿； 调节方法二:级联型逆变器直流侧只接电容，三相桥式逆变器通过变流器接入交流电网，此时能够实现有功与无功分量的调节，具体步骤为:步骤1:稳态下，逆变器并网连接电抗上的电压降用 ,表示，并分解为有功分量与无功分量;其中:t与接入点处电压t相位相同，用来调节无功输出f 用来调节有功输出，输出电流用j表示，并分解为有功分量&与无功分量 <，根据电抗器特性，电压有功分量超前电流有功分量相位90°，电压无功分量&超前电流无功分量I相位90° ;步骤2:对于级联结构而言，为保证其能够稳定运行，其输出电圧必须与输出电流j成90°的相位关系，则分解为有功分量与无功分」〖，；对于三相桥式逆变器，在稳态下，其输出电压CA与输出电流j间的相位关系可调，同样分解为有功分量G P与无功分量； 步骤3:在有功和无功分量的实现中，需要遵循的主要原则: K=Hq-Jj2q uLp =-{ ]ρ+ 2ρ) 根据有功与无功指令电流来实现桥式结构与级联结构逆变器电压输出的合理分配，从而控制装置输出电流 ，·以达到有功和无功分量的调节。
全文摘要
本发明涉及一种新的拓扑结构电压源型逆变器及调节方法，结构为星型拓扑结构，由星形连接的级联型逆变器在中性点处串入三相桥式逆变器构成。和传统星形连接的级联型逆变器相比，新的拓扑结构理论上具备完全补偿负序电流的功能；和传统的三相桥式逆变器相比，新的拓扑结构不需要采用器件串联或MMC结构，就可实现高电压等级下的扩展应用。新的拓扑结构中，三相桥式逆变器直流侧可接入直流网络、储能设备、或通过变流器接入电网，能广泛应用于柔性直流输电、新能源接入、高压变频器等领域，拓宽了电压源型逆变器在相应领域的应用前景。新的拓扑结构基于成熟的单元级联、三相逆变器的结构和控制技术，具有良好的推广性。
文档编号H02M7/5387GK103236800SQ20131017739
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者查晓明, 李尚盛, 宫金武, 戴喜良, 孙建军 申请人:武汉大学