[發明專利]一種混合多電平換流電路拓撲結構及其控制方法

有效

• 申請號: 201110398074.1
• 申請日: 2011-12-04
• 公開（公告）號: CN102420533A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 朱晉;韋統振;霍群海
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M1/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種交直流轉換電路拓撲及其控制方法，特別涉及一種為高壓大功率應用場合提供三相交流與直流轉換的混合多電平換流電路拓撲結構及其控制方法。

背景技術

高壓大功率換流技術的研究始于上世紀70年代，相繼出現了功率器件的串并聯技術、逆變器并聯技術和變壓器多重化技術、組合逆變器相移SPWM技術、這些技術雖然提高了換流技術的電壓和功率等級，但多數在輸出電壓波形質量，可靠性，損耗等方面并沒有達到讓客戶滿意的程度。多電平變流電路拓撲技術是一種通過改進變流器自身拓撲結構來實現高壓大功率輸出的新型逆變器，它具有采用低耐壓器件實現高壓大功率輸出，無需動態均壓電路，輸出電平數增加，改善輸出電壓波形，開關損耗小，在相同直流母線電壓條件下，較兩電平逆變器，dv/dt應力大為減少等優勢。1977年德國學者Holtz首次提出了三電平逆變拓撲，之后相繼出現了二極管箝位多電平變流拓撲、飛跨電容多電平變流拓撲、級聯型多電平變流拓撲。但他們都存在著各自的不足，例如多電平二極管箝位變流拓撲的電容均壓問題，飛跨電容多電平變流拓撲采用過多的電容器件影響電路可靠性。級聯型多電平變流拓撲無法共用直流母線，每個子單元需要單獨配置直流電源，增加了系統成本等缺點。隨著電力電子技術的飛速發展，近年來各種新型多電平變流拓撲和新型電力電子器件相繼出現。使得高壓大功率應用選擇更加多重化。例如西門子公司提出的模塊化組合多電平變流技術(MMC)，該結構每相由上下兩個橋臂組成，每個橋臂由n個半橋或全橋子單元級聯然后一個電感串聯構成，通過控制IGBT的導通與關斷，控制每個功率單元在橋臂中投入或切除。單相橋臂輸出電壓等于正直流母線電壓減去上橋臂級聯功率單元輸出電壓，同時也等于負直流母線電壓加上下橋臂級聯功率單元輸出電壓。雖然這種結構通過模塊化設計使系統具有高冗余性，高可靠性，但是這種結構輸出同樣電壓等級的交流電壓需要提供的直流電壓為交流電壓峰峰值，導致直流母線電壓等級依然太高，需要級聯子單元數目太多，從而導致整個系統開關管損耗之和較大，控制復雜，系統成本增加。

發明內容

本發明的目的是克服現有變流拓撲所需直流母線電壓等級高、器件數目多、系統損耗大、控制復雜、系統成本高等缺點，立足于混合多電平技術，提出了一種三相可共用直流母線，適用于back-to-back結構的新型高壓大功率變流拓撲結構及其控制方法。本發明裝置與傳統的三相變流器相比，在輸出同等電壓等級三相交流電的前提下，能夠有效降低直流母線電壓等級，減少元件的數量，降低變流器損耗與制造成本，簡化變流器結構和控制方法，提高系統的可靠性。

為達到上述發明目的，本發明提出一種基于混合多電平技術的變流拓撲，包括：三相共用的正直流母線、三相共用的負直流母線和A相橋電路、B相橋電路、C相橋電路、A相LC濾波電路、B相LC濾波電路、C相LC濾波電路和doubleY-Δ變壓器。A相橋電路的第一引出端子、B相橋電路的第一引出端子、C相橋電路的第一引出端子與正直流母線連接。A相橋電路的第二引出端子、B相橋電路的第二引出端子、C相橋電路的第二引出端子與負直流母線連接。A相橋電路的第三引出端子和第四引出端子與A相濾波電路輸入端連接，B相橋電路的第三引出端子和第四引出端子與B相濾波電路輸入端連接，C相橋電路的第三引出端子和第四引出端子與C相濾波電路輸入端連接。A相濾波電路輸出端、B相濾波電路輸出端、C相濾波電路輸出端與doubleY-Δ變壓器的輸入端連接。

所述的A相橋電路包括A相波形產生部分、A相波形導向部分和A相緩沖電感。所述的B相橋電路包括B相波形產生部分、B相波形導向部分和B相緩沖電感。所述的C相橋電路包括C相波形產生部分、C相波形導向部分和C相緩沖電感。

A相波形產生部分的第二引出端子與A相緩沖電感的一端連接，A相緩沖電感的另一端與A相波形導向部分的第一引出端子連接。B相波形產生部分的第二引出端子與B相緩沖電感的一端連接，B相緩沖電感的另一端與B相波形導向部分的第一引出端子連接。C相波形產生部分的第二引出端子與C相緩沖電感的一端連接，C相緩沖電感的另一端與C相波形導向部分的第一引出端子連接。