一种用于单相/三相变换的新型电力电子变换技术

★中国电工技术学会出品★

致力于产业界与学术界融合创新的品牌会议

①浏览会议通知，请戳下面标题 ☟

☞会议通知︱2018第十二届中国电工装备创新与发展论坛暨第八届电工技术前沿问题学术论坛（第一轮）

②了解《电工技术学报》会议征文详情，请戳下面标题 ☟

☞应广大作者要求，第八届电工技术前沿问题学术论坛征文截至时间延期至7月10日

③参会注册，请长按识别下方二维码 ☟（先注册网站会员，然后提交报名信息）

新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）、北京京东方显示科技有限公司的研究人员朱永强、贾利虎等，在2018年第7期《电工技术学报》上撰文，研究了一种基于三相桥式逆变器的裂相电路拓扑，其结构与普通的三相桥式逆变器类似，特别之处在于其中两相的输出端与单相电源的两个端子直接连接，其工作原理是：单相电源通过三相桥对直流电容进行充放电，待直流电容电压稳定后，三相桥逆变器即可构造对称的三相交流输出电压。

利用功率平衡关系和基尔霍夫定律对电路进行分析，推导出了负载侧获得三相对称电压时三相桥式逆变器的输出电流表达式。通过PSCAD/EMTDC仿真平台与实验样机对所提出的电路拓扑进行了验证，结果表明所提出的电路拓扑能够实现单相/三相变换，且功率关系和电流关系与理论分析一致。

相比于单相电力设备，三相电力设备如三相电动机等具有更高的效率和更好的经济性，但在许多偏远地区只能提供单相电源，从而限制了三相电力设备的使用[1,2]。随着我国高速铁路的快速发展，电气化铁路的单相交流电需要转换为三相交流电为牵引电动机供电[3-5]。而在新能源发电并网领域，许多分布式电源需要转换为三相电进行并网[6-8]。

为了解决在单相供电场合为三相负载供电问题，单相/三相变流技术受到了越来越多研究人员的关注。传统的单相/三相变换器一般由单相整流器与三相桥式逆变器组成，为了抑制直流电压波动和功率脉动，需在直流侧接大容量滤波电容[9,10]。

文献[11]提出基于平衡变压器的单相变三相供电方法，通过变流器移相得到正交的b相，从而实现两相变三相；文献[12]采用双向开关组成单相/三相变换器用于驱动电机，结构简单、经济性好，但输出电压谐波含量大；文献[13]提出了一种新的单相/三相矩阵变换器调制策略，实现了输出电压的谐波次数、频率和幅值可控；文献[14,15]介绍了若干种变换电路，并进行了浅要的分析，但未给出可行的控制策略。

本文研究了一种用于单相/三相变换的新型电力电子变换技术，从功率平衡关系和基尔霍夫定律对单相/三相变换电路进行分析，推导出负载侧获得三相对称电压时三相桥式逆变器的输出电流表达式。最后利用电流滞环跟踪控制技术对三相桥式逆变器进行控制，实现单相交流到三相交流的变换。本文提出的单相/三相变换电路，以较少的电力电子器件实现单相/三相变换，减小了设备体积与重量。

图1  单相/三相变换装置结构

图10  实验样机的实物照片

结论

本文研究了一种基于三相桥的单相/三相变换电路，以功率平衡关系和基尔霍夫定律为基础，分析了单相电源、电容、三相负载的功率平衡关系，进而推导出具有可控性变量-三相桥逆变器的输出电流表达式；给出了一种可行的实现方案：借助于电流滞环跟踪技术对输出电流进行控制，使负载获得对称的三相电压。

仿真与实验结果表明，提出的电路结构与控制方法可以实现单相/三相变换，并能快速响应负载变化，为负载提供稳定的电能供应。