專(zhuān)利名稱(chēng)：用于三電平pwm功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中直流傳輸線的平衡的系統(tǒng)和方法
用于三電平PWM功率轉(zhuǎn)換設(shè)備中直流傳輸線的平衡的系統(tǒng)和方法 技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)通常涉及功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，尤其涉及通過(guò)使用額外電力線的增 強(qiáng)電壓平衡維護(hù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，采用插入共模電壓來(lái)重定直流平衡的中 心。功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個(gè)例子是通用電氣公司的3300v IGCT變流器系統(tǒng)。因?yàn)樵谥T如低功率電平的某些設(shè)置中可能發(fā)生低信噪比，所以需要 提高該系統(tǒng)的性能和額定功率。由于存在能瞬間改變負(fù)載中的正負(fù)功率 的干擾，在三電平脈寬調(diào)制(PWM)系統(tǒng)中從正半周和負(fù)半周直流電容 提取的功率的分布不能夠提供一致的平衡操作。將描述通過(guò)增加連接到 正常三相負(fù)載電路的第四功率載線來(lái)增強(qiáng)三電平PWM功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中 的電壓平衡維護(hù)。轉(zhuǎn)換一定電平的功率所要求的峰值電流電平成為轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的應(yīng)用 的限制。這個(gè)轉(zhuǎn)換因子的變化總是影響功率變流器的應(yīng)用。使用這個(gè)第 四連接的又一好處是三次諧波注入電流的增加能夠提高輸出功率的電 平，同時(shí)不增加變流器必須處理的電流的峰值。典型的是以故障處理反應(yīng)的形式增加保護(hù)去抑止過(guò)高的系統(tǒng)電壓 達(dá)到系統(tǒng)部分。這種類(lèi)型的故障處理可以通過(guò)建議的解決方案提供的增 加的分離而簡(jiǎn)化。因?yàn)楸仨毷褂玫挠靡葬槍?duì)某些故障條件保護(hù)轉(zhuǎn)換設(shè)備 的故障處理事件現(xiàn)在被僅限于功率轉(zhuǎn)換配置的正半周或負(fù)半周，并且可 以設(shè)計(jì)變流器容忍這些故障同時(shí)不需要轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電壓，因此達(dá)到了增加 的系統(tǒng)魯棒性。因此，需要一種改進(jìn)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其在功率通量較低、電壓較 高、或功率的變化速率較高，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)一致平衡操作時(shí)，能提高信噪 比。發(fā)明內(nèi)容因此本申請(qǐng)?zhí)峁┝说谒墓β蔬B接線增加到正常的三相負(fù)載電路的
中性點(diǎn)。這使來(lái)自直流傳輸線電壓中心的組合電流傳送到負(fù)載。增加的 控制允許三次諧波注入流動(dòng)，并且允許增加由轉(zhuǎn)換系統(tǒng)處理的每個(gè)峰值 安培的額定功率。此外，在遇到這些故障條件時(shí)，將故障限制在直流系 統(tǒng)的正半周或負(fù)半周提供了更魯棒的行為。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換裝置可以包括逆變器。該逆變器能夠 將交流電壓轉(zhuǎn)換成具有三電位的直流相電壓。直流相電壓的電位包括正電位、中性點(diǎn)電位和負(fù)電位。逆變器可以是IGCT型逆變器?？蛇x地， 逆變器可以是IGBT型逆變器。該功率轉(zhuǎn)換裝置可以進(jìn)一步包括多個(gè)連接到三相負(fù)載電路的交流電源。該裝置的典型配置包括三個(gè)這樣的電源。該功率轉(zhuǎn)換裝置可以包括多個(gè)電力負(fù)載，以合成逆變器輸出的直流波形，使得直流波形近似于交流波形。該功率轉(zhuǎn)換裝置可以包括直流功率栽線。這個(gè)功率載線通過(guò)合成的波形給連接在三相負(fù)載電路上的中性點(diǎn)提供功率。該功率轉(zhuǎn)換裝置可以允許故障事件處理過(guò)程。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以將事件限于裝置配置的正半周。可選地，可以將事件限于裝 置配置的負(fù)半周。結(jié)果，該功率轉(zhuǎn)換裝置可以處理故障事件而不用轉(zhuǎn)換 裝置的電壓。本申請(qǐng)還可以提供一種通過(guò)功率轉(zhuǎn)換裝置的操作進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的 方法。該方法可以提供將交流電壓轉(zhuǎn)換為具有三電位的直流相電壓，所 述三電位包括正電位、中性點(diǎn)電位和負(fù)電位。該方法還可以將多個(gè)交流 電源連接到三相負(fù)載電路。此外，該方法可以允許用多個(gè)電力負(fù)載將輸出直流波形合成，使得 直流波形近似于交流波形。栽線可以連接到三相負(fù)載電路的中性點(diǎn)并且 傳輸合成的波形。本申請(qǐng)的這些以及其他特征對(duì)于結(jié)合附圖和隨附;f又利要求閱讀過(guò) 以下詳細(xì)說(shuō)明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。


圖l是根據(jù)此處所述的本發(fā)明的一些實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換裝置的示范 性表示。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參考附圖，圖中相似的標(biāo)號(hào)始終表示相似的元件，圖l示出了逆變器101。如圖所示，逆變器101將交流(AC)輸入負(fù)載轉(zhuǎn)換為可用 的直流(DC)輸出。逆變器101優(yōu)選為PWM逆變器，例如IGCT型或 IGBT型逆變器。逆變器101可以從AC電源103接收AC輸入負(fù)栽。這 些AC電源可以在AC功率到達(dá)逆變器101之前將其傳送通過(guò)電感器 107。具體地，電感器107作為導(dǎo)體，用于給電路中引入電感。各種類(lèi) 型和型號(hào)的逆變器101可以與所述本發(fā)明結(jié)合使用。如圖所示，AC電源103可以通過(guò)使用三相負(fù)載電路105連接在一 起。由負(fù)載電路105生成的AC功率輸出輸入到逆變器101。這允許逆 變器101以三電平模式工作。結(jié)果，逆變器提供了三個(gè)直流輸出。首先， 電力線113可以傳輸正電輸出。相應(yīng)地，電力線115可以傳輸負(fù)電輸出。 最后，電力線117可以作為中性輸出線使用。逆變器101的輸出給直流恒定功率負(fù)載109提供功率。這些功率負(fù) 載109可以合成輸出的直流波形，使得直流波形近似于交流波形。這些 輸出可以通過(guò)電力線U9傳輸。合成的直流電力負(fù)載被傳送回三相負(fù)載 電路105的中性點(diǎn)。這個(gè)電力線U9連接到三相負(fù)栽電路115，可以保 持三電平脈寬調(diào)制功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的電壓平衡。此外，電力線119連接回三相負(fù)載電路105提供了三次諧波注入 電流的增加能提高輸出功率電平，同時(shí)不增加逆變器101必須處理的電 流的峰值。另外，電力線119連接回三相負(fù)載電路105，提高了整個(gè)功率轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)的魯棒性。當(dāng)用來(lái)在某些故障條件下保護(hù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的故障處理事件 被簡(jiǎn)化時(shí)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)增加的魯棒性。對(duì)三相負(fù)栽電路105增加電力線 119將使急劇短路事件僅限于整個(gè)功率轉(zhuǎn)換配置的正半周或負(fù)半周。這 樣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就可容忍這些故障事件而不需要轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電壓。顯而易見(jiàn)的是上述說(shuō)明僅涉及本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員在不脫離如隨附權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的總的精 神和范圍的前提下可以作出"^牛多改變和^f奮改。
權(quán)利要求
1.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，包括脈寬調(diào)制逆變器(101)，用于將交流電壓轉(zhuǎn)換為具有三電位的直流相電壓，所述三電位包括正電位、中性點(diǎn)電位和負(fù)電位；多個(gè)連接到三相負(fù)載電路(105)的交流電源(103)；多個(gè)功率負(fù)載，其合成逆變器(101)的輸出直流波形，使得直流波形近似于交流波形；以及載線，其連接到三相負(fù)載電路(105)的中性點(diǎn)，用于傳輸合成的波形。
2. 權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換裝置，其中逆變器(101)是IGCT型逆 變器。
3. 權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換裝置，其中逆變器(101)是IGBT型逆變器。
4. 權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換裝置，其中故障事件限于功率轉(zhuǎn)換裝置 的正半周。
5. 權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換裝置，其中故障事件限于功率轉(zhuǎn)換裝置 的負(fù)半周。
6. 權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換裝置，其中處理故障事件不需要轉(zhuǎn)換裝 置電壓。
7. —種通過(guò)功率轉(zhuǎn)換裝置的操作轉(zhuǎn)換功率的方法，包括 將多個(gè)交流電源連接到三相負(fù)載電路(105); 將來(lái)自交流電源(103)的交流電壓轉(zhuǎn)換為具有三電位的直流相電壓波形，其中所述三個(gè)電位包括正電位、中性點(diǎn)電位和負(fù)電位；用多個(gè)功率負(fù)載(109)將直流波形合成，使得直流波形近似于交流波形；以及在三相負(fù)載電路(105)的中性點(diǎn)電位和中性點(diǎn)之間提供載線，用 以傳輸合成的波形。
全文摘要
一種功率轉(zhuǎn)換裝置和方法，提供了額外的第四功率連接線到正常的三相負(fù)載電路(105)的中性點(diǎn)。這允許來(lái)自直流環(huán)節(jié)電壓中心的組合電流傳送到負(fù)載。增加的控制允許三次諧波注入流動(dòng)，并且允許增加由轉(zhuǎn)換系統(tǒng)處理的每個(gè)峰值安培的額定功率。將故障限于直流系統(tǒng)的正半周或負(fù)半周在遇到這些故障條件時(shí)允許更魯棒的行為。
文檔編號(hào)H02M7/00GK101154893SQ200710162910
公開(kāi)日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者A·M·賴(lài)特, C·D·哈布爾特, J·D·達(dá)特爾, R·I·貝迪亞 申請(qǐng)人:通用電氣公司