一种基于多电平技术的高效率绿色电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了绿色电源领域内的一种基于多电平技术的高效率绿色电源，包括电力输入端连接在电网上的高频滤波环节，高频滤波环节电力输出端经多电平整流器与中间储能环节电力输入端相连，中间储能环节三相电力输出端经多电平逆变器与工作模式选择环节三相电力输入端相连，中间储能环节的直流电流输出端与工作模式选择环节的直流电力输入端相连，工作模式选择环节上设置有三个电力输出端，多电平整流器的信号输入端、中间储能环节的信号输入端、多电平逆变器的信号输入端以及工作模式选择环节的信号输入端均连接在中央控制器的信号输出端上，本实用新型增强了滤波能力，降低了对电网的污染，真正达到绿色电源的标准，可用于变频调速系统中。
【专利说明】一种基于多电平技术的高效率绿色电源
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种电源，特别涉及变频电源。
【背景技术】
[0002]随着现代化进程的不断加快，全社会的用电量不断增加，对电能质量提出了更高的要求，同时电能形式也发生了巨大变化。为了适应社会对电能形式的不同需求，变频电源就应运而生。例如在大功率变频调速系统领域，变频电源能够对电机实现变频调速，同时直流电源在科学研究中有着重要的作用，深受科研人士的青睐。
[0003]传统的电源前端采用二极管桥式整流，会产生大量谐波电流，流入电网，对电网造成污染，电力二极管自身存在压降，会造成一定的损耗，同时二极管整流变换器不可控，不能实现能量的双向流动，这样不可避免的造成能量的进一步浪费，不利于节约型社会的发展。
[0004]现代的电源前端一般采用两电平可控整流，由于输出电平数少，使得输出电压谐波含量高，对负载的运行造成很大的影响。同时受到IFBT功率器件的耐压限制，很难实现高电压大功率输出，不利于高压大功率领域的发展。
[0005]现有的电源交直流区分明确，直流电源实现直流电压输出，变频交流电源实现频率可变的交流输出，在大功率场合很少有电源既可以输出直流电，又可以实现频率可变的交流输出，这样使得使用很不方便，也会带来额外的费用，不利于大功率场合的发展。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种基于多电平技术的高效率绿色电源，提高输出电压电平数，降低输出电压的谐波畸变率，减小对电网电能质量的污染，同时采用工作模式选择环节，配合新型多电平变换器。
[0007]本实用新型的目的是这样实现的:一种基于多电平技术的高效率绿色电源，其特征在于，包括电力输入端连接在电网I上的高频滤波环节2，所述高频滤波环节2的电力输出端经多电平整流器3与中间储能环节4的电力输入端相连，中间储能环节4的三相电力输出端经多电平逆变器5与工作模式选择环节6的三相电力输入端a、b、c相连，所述中间储能环节的直流电流输出端与工作模式选择环节的直流电力输入端d、e相连,所述工作模式选择环节上设置有三个电力输出端A、B、C，所述多电平整流器3的信号输入端、中间储能环节4的信号输入端、多电平逆变器5的信号输入端以及工作模式选择环节6的信号输入端f均连接在中央控制器的信号输出端上。
[0008]作为本实用新型的改进，所述多电平整流器3采用LCL结构。
[0009]作为本实用新型的改进，所述多电平整流器3和多电平逆变器5均选用二极管钳位式五电平变换器，所述二极管钳位式五电平变换器包括两个五电平二极管钳位式桥臂和一个接触器，所述接触器经中间储能环节4控制，所述电平二极管钳位式桥臂均包括八个正向串联的功率开关和六个钳位电压的电力二极管。[0010]作为本实用新型的改进，所述中间储能环节4包括四个电解电容，四个电容并联构成中间储能环节4，并分别连接到多电平整流器3和多电平逆变器5的桥臂上。
[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:本发明采用新拓扑多电平变换器整流器和逆变器，减少了一个多电平桥臂，用一个接触器代替，大大降低了器件成本，同时提高了输出电压的电平数，降低了输出电压的畸变率，同时减小了对电网的污染；本发明采用工作模式选择环节6，配合新拓扑多电平变换器，实现大功率单相、三相可变频交流电和可变直流电的多功能输出，降低成本，有利于大功率场合的发展；本发明的高频滤波环节2采用无电阻的LCL结构，节省了电阻，既降低了成本，又降低了电阻的损耗，特别适合大功率场合，同时还进一步增强了滤波能力，降低了对电网的污染，真正达到绿色电源的标准。本实用新型可用于大功率变频调速系统领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构示意图。
[0013]图2为本发明中高频滤波环节结构示意图。
[0014]图3为本发明中多电平变换器结构示意图。
[0015]图4为本发明中间储能环节示意图。
[0016]图5为本发明工作模式选择环节结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]如图1-5所示的一种基于多电平技术的高效率绿色电源，包括电力输入端连接在电网I上的高频滤波环节2，高频滤波环节2的电力输出端经多电平整流器3与中间储能环节4的电力输入端相连，中间储能环节4的三相电力输出端经多电平逆变器5与工作模式选择环节6的三相电力输入端a、b、c相连,中间储能环节4的直流电流输出端与工作模式选择环节6的直流电力输入端d、e相连，工作模式选择环节6上设置有三个电力输出端A、B、C，多电平整流器3的信号输入端、中间储能环节4的信号输入端、多电平逆变器5的信号输入端以及工作模式选择环节6的信号输入端f均连接在中央控制器7的信号输出端上，多电平整流器3采用LCL结构；
[0018]多电平整流器3和多电平逆变器5均选用二极管钳位式五电平变换器，二极管钳位式五电平变换器包括两个五电平二极管钳位式桥臂和一个接触器，接触器电气连接到中间储能环节的中点j，经中间储能环节4控制，电平二极管钳位式桥臂均包括八个正向串联的功率开关VI，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8和六个钳位电压的电力二极管Dl，D2，D3，D4，D5，D6。
[0019]中间储能环节4包括四个电解电容Cl，C2，C3，C4，四个电容并联构成中间储能环节4，并通过电气节点h，i，j，k，I分别与多电平整流器和多电平逆变器相连；
[0020]工作模式选择环节6包括两个选择开关Kl，K2、一个普通开关K3、五个电气输入节点a，b，c，d，e、三个电气输出节点A，B，C和两路驱动信号fl，f2 ;中央控制器7通过驱动信号f控制选择开关的工作状态，实现大功率单相、三相可变频交流电和可变直流电的多功能输出。
[0021]当选择直流输出时:首先，中央控制器7通过驱动信号fl控制选择开关Kl，K2分别接通d，e，通过驱动信号f2控制开关K3断开；然后，将多电平整流器的接触器KK断开，采用PWM脉宽调制方式控制多电平整流器Α、B两个桥臂工作，这时停止多电平逆变器的工作；最后，改变中间储能环节4储存能量的大小，实现直流电压幅值可调。这样在电气节点Α、B间即可输出幅值可调的直流电。
[0022]当选择三相交流输出时:首先，中央控制器7通过驱动信号fl控制选择开关K1，K2分别接通a，b，通过驱动信号f2控制开关K3闭合接通c ;然后，将多电平整流器和多电平逆变器的接触器Kk闭合，采用PWM脉宽调制方式分别控制多电平整流器3和多电平逆变器5两个桥臂工作，并将中间储能环节4作为第三个桥臂进行控制；最后，利用多电平整流器3将电网能量转移到中间储能环节4，并控制多电平逆变器5产生三相变频交流电。这样在电气节点A、B、C间即可输出频率可调、幅值可调的三相交流电。
[0023]当选择单相交流输出时:首先，中央控制器7通过驱动信号fl控制选择开关K1，K2分别接通a，b，通过驱动信号f2控制开关K3关断；然后，将多电平整流器3和多电平逆变器5的接触器Kk都断开，并采用PWM脉宽调制方式分别控制多电平整流器3和多电平逆变器5两个桥臂工作；最后，利用多电平整流器3将电网能量转移到中间储能环节4，并控制多电平逆变器5产生单相变频交流电，这样在两桥臂间即可输出频率可调、幅值可调的单相交流电。
[0024]本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于多电平技术的高效率绿色电源，其特征在于，包括电力输入端连接在电网(I)上的高频滤波环节(2)，所述高频滤波环节(2)的电力输出端经多电平整流器(3)与中间储能环节(4)的电力输入端相连，中间储能环节(4)的三相电力输出端经多电平逆变器(5)与工作模式选择环节(6)的三相电力输入端(a、b、c)相连，所述中间储能环节的直流电流输出端与工作模式选择环节的直流电力输入端(d、e)相连，所述工作模式选择环节上设置有三个电力输出端(A、B、C)，所述多电平整流器(3)的信号输入端、中间储能环节(4)的信号输入端、多电平逆变器(5)的信号输入端以及工作模式选择环节(6)的信号输入端(f)均连接在中央控制器的信号输出端上。
2.根据权利要求1所述的一种基于多电平技术的高效率绿色电源，其特征在于，所述多电平整流器(3 )采用LCL结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于多电平技术的高效率绿色电源，其特征在于，所述多电平整流器(3)和多电平逆变器(5)均选用二极管钳位式五电平变换器，所述二极管钳位式五电平变换器包括两个五电平二极管钳位式桥臂和一个接触器，所述接触器经中间储能环节(4)控制，所述电平二极管钳位式桥臂均包括八个正向串联的功率开关和六个钳位电压的电力二极管。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于多电平技术的高效率绿色电源，其特征在于，所述中间储能环节(4)包括四个电解电容，四个电容并联构成中间储能环节(4)，并分别连接到多电平整流器(3)和多电平逆变器(5)的桥臂上。
【文档编号】H02M7/483GK203522571SQ201320608704
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】朱淼, 王宝安 申请人:扬州汇洁能电力电子设备有限公司