逆变器拓扑结构解耦方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种逆变器拓扑结构解耦方法及装置。
【背景技术】
[0002] 通常电力系统中很容易出现不对称运行的情况，即在逆变器的三相上存在不平衡 的负载，造成电网中产生大量谐波。这些谐波造成的危害日益严重，使电能的生产、传输和 利用的效率降低，严重时设备甚至不能正常工作，这在铁路、冶金等行业尤其明显。尤其是 铁路电力机车的逆变器负载中经常出现三相不平衡或者非线性负载，电网电压有时会严重 失真，电压会出现正负半周不对称，波形严重畸变，频率也会发生变化。
[0003] 为了解决上述问题，现有技术提供了一种方法，图1为现有技术中提供的一种逆 变器的拓扑结构示意图，如图1所示，现有技术中，逆变器用直流输入电源的中点作为中性 点来带不平衡负载，这时三相逆变器等效成三个独立的半桥逆变器。在直流母线上有两个 串联连接的电容1，两个电容1的中点和输出的中心点相连，相当于三个半桥电路。可以 采用三相分别控制。然而这种方案采用两个电容串联，它们在单相负载时必须承受全负载 相电流，从而使所需电容的容量必须较大，并且当负载变化时，其中点电位必定产生波动， 从而无法实现完全解耦控制的缺陷，图2为现有技术提供的另一种逆变器的拓扑结构示意 图，该逆变器为三相四桥臂逆变器，它很好的解决了上述问题，如图2所示，其中第四桥臂2 与负载中性点3连接，可以直接控制中性电流，无需大分压电容，控制灵活直流电压利用率 高，可以省去中点形成变压器或A/Y变压器，减小逆变器的体积和重量，是当下比较适合 处理不平衡负载的拓扑。
[0004] 然而由于第四桥臂的滤波电感引起的耦合效应，使三相控制变得十分复杂。目前 还没有一种有效的解耦方法实现三相四桥臂逆变器的解耦控制。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种逆变器拓扑结构解耦方法及装置，从而实现在三相不平衡或者 非线性负载时保持三相输出电压输出的对称性，有利于负载的平衡运行并且可以减小电力 设备对电力系统的谐波影响。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种逆变器拓扑结构解耦方法，包括：将逆变器拓 扑结构解耦等效为：第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的并联等效电路；根据所述 并联等效电路的回路电压方程确定系数关系式；根据所述系数关系式将所述拓扑结构解耦 等效为独立的第五电路、第六电路和第七电路的并联电路。
[0007] 结合第一方面，在第一方面的第一种可能实施方式中，所述第一电路由第一电压 表、第一电感、第一增加电压表和第一子电路串联连接，所述第一子电路为第一负载与第一 电容的并联电路；所述第二电路由第二电压表、第二电感、第二增加电压表和第二子电路串 联连接，所述第二子电路为第二负载与第二电容的并联电路；所述第三电路由第三电压表、 第三电感、第三增加电压表和第三子电路串联连接，所述第三子电路为第三负载与第三电 容的并联电路；所述第四电路由第四电压表和第四电感串联连接；所述第一电路、所述第 二电路和所述第三电路分别等效于所述逆变器拓扑结构中的三相，所述第四电路等效于所 述逆变器拓扑结构中的零线。
[0008] 结合第一方面的第一种可能实施方式，在第一方面的第二种可能实施方式中，设 所述第一电压表所测电压为unA、所述第一电感的电感值为LA，所述第一增加电压表所测电 压为A unA，所述第一子电路的电压为uA，所述第二电压表所测电压为unB、所述第二电感的 电感值为L B，所述第一电路的电流为iA，所述第二增加电压表所测电压为A UnB，所述第二子 电路的电压为uB，所述第二电路的电流为iB，所述第三电压表所测电压为u ne、所述第三电感 的电感值为Le，所述第三增加电压表所测电压为A Une，所述第三子电路的电压为Ue，所述第 三电路的电流为，所述第四电压表所测电压为u nN，所述第四电感的电感值为LN，所述第四 电路的电流为ic，％为总电压，其中LA= LB= Le= L，则所述并联等效电路的回路电压方 程为：
[0010] 结合第一方面的第二种可能实施方式，在第一方面的第三种可能实施方式中，所 述根据所述并联等效电路的回路电压方程确定系数关系式，具体包括：
[0011] 设
⑴
[0012] 则根据所述（1)式和所述并联等效电路的回路电压方程计算得到：
[0013] (kp+l)/kn= -k丨，其中kp为相控制系数，kn为零相控制系数，k丨为第一电感或者第 二电感或者第三电感与第四电感的比值系数。
[0014] 结合第一方面的第三种可能实施方式，在第一方面的第四种可能实施方式中，所 述根据所述系数关系式将所述拓扑结构解耦等效为独立的第五电路、第六电路、第七电路 的并联电路，具体包括：
[0015] 将所述（kp+l)/kn= -k玳入所述并联等效电路的回路电压方程和⑴式得到：
[0016] (2)
[0017] 根据（2)式将所述第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的并联等效电路转 换为第五电路、第六电路、第七电路的并联电路；
[0018] 其中，所述第五电路由第一电压表、第五电感和第一子电路串联连接，所述第一子 电路为第一负载与第一电容的并联电路；
[0019] 所述第六电路由第二电压表、第六电感和第二子电路串联连接，所述第二子电路 为第二负载与第二电容的并联电路；
[0020] 所述第七电路由第三电压表、第七电感和第三子电路串联连接，所述第三子电路 为第三负载与第三电容的并联电路；
[0021] 其中所述第五电路、第六电路、第七电路满足：
[0023]
表示所述第五电感、所述第六电感和所述第七电感的电感值，"表示所述 第五电路的电流，iF表示所述第六电路的电流，iF表示所述第七电路的电流。
[0024] 第二方面，本发明实施例提供了一种逆变器拓扑结构解耦装置，包括：等效模块， 用于将逆变器拓扑结构解耦等效为：第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的并联等效 电路；确定模块，用于根据所述并联等效电路的回路电压方程确定系数关系式；所述等效 模块，还用于根据所述系数关系式将所述拓扑结构解耦等效为独立的第五电路、第六电路 和第七电路的并联电路。
[0025] 结合第二方面，在第二方面的第一种可能实施方式中，所述第一电路由第一电压 表、第一电感、第一增加电压表和第一子电路串联连接，所述第一子电路为第一负载与第一 电容的并联电路；所述第二电路由第二电压表、第二电感、第二增加电压表和第二子电路串 联连接，所述第二子电路为第二负载与第二电容的并联电路；所述第三电路由第二电压表、 第三电感、第三增加电压表和第三子电路串联连接，所述第三子电路为第三负载与第三电 容的并联电路；所述第四电路由第四电压表和第四电感串联连接；所述第一电路、所述第 二电路和所述第三电路分别等效于所述逆变器拓扑结构中的三相，所述第四电路等效于所 述逆变器拓扑结构中的零线。
[0026] 结合第二方面的第一种可能实施方式，在第二方面的第二种可能实施方式中，设 所述第一电压表所测电压为unA、所述第一电感的电感值为LA，所述第一增加电压表所测电 压为A unA，所述第一子电路的电压为uA，所述第二电压表所测电压为unB、所述第二电感的 电感值为L B，所述第一电路的电流为iA，所述第二增加电压表所测电压为A UnB，所述第二子 电路的电压为uB，所述第二电路的电流为iB，所述第三电压表所测电压为u ne、所述第三电感 的电感值为Le，所述第三增加电压表所测电压为A Une，所述第三子电路的电压为Ue，所述第 三电路的