[實用新型]一種級聯式多電平變換器功率單元旁路結構

有效

• 申請號: 201220718829.1
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN203104278U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 陳峻嶺;黃明星;黃超憲;余懷林;李杰;蘇春苑;韋延清;湯國棟
• 申請（專利權）人: 珠海萬力達電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭

本實用新型屬于大容量電力電子技術領域，涉及一種級聯式多電平變換器功率單元旁路結構。?

自20世紀80年代以來，隨著電力電子技術的飛速發展，大容量多電平變換器得到廣泛應用并日趨高性能化。大容量一般是指功率等級在數百千瓦以上。實現大容量變換的途徑有高電壓、大電流，在實際應用中以高電壓大容量更為典型，而其中多電平變換技術則是實現高電壓大容量的關鍵。在目前工業應用方面，多電平變換器主要有三種類型的拓撲結構：二極管箝位結構、懸浮電容結構和H橋級聯結構。更高電平數目的二極管箝位結構多電平變換器，由于直流電容電壓平衡問題的限制，使其與實際的應用仍有距離；懸浮電容結構多電平變換器在運行過程中必須嚴格控制懸浮電容電壓的均衡以保證變換器的運行安全；H橋級聯結構多電平變換器結構簡潔，易于模塊化，其缺點是：所需獨立直流電源個數將隨著變換器電平數的增加而急劇增多。上述幾類多電平變換器各有優點和缺點，H橋級聯式多電平變換器是目前工業應用較為成熟的一種拓撲結構，常用于中壓大容量的交流傳動系統和靜止補償器（Static?Compensator，STATCOM）無功補償等裝置。?

級聯式多電平變換器，由結構完全相同的多個功率單元級聯組成，每個功率單元是一個可輸出三電平的單相全橋變換器及其控制單元組成。隨著功率單元級聯數目的增加，裝置的容量和耐壓等級也相應增加。然而大量的使用開關器件必然會增加故障發生的概率，這就有必要增加冗余功率單元，當少于或者等于冗余個數功率單元故障時，故障功率單元能被旁路，裝置在故障功率單元旁路后繼續運行，提高裝置的利用率和可靠性。因此每個功率單元有必要設計簡單、經濟、可靠的旁路結構。?

中國專利201010624231.1和中國專利201020700497.5提供一種采用機械開關的級聯式STATCOM功率單元旁路結構，選用特殊設計的機械開關作為功率單元的旁路結構，該電路結構簡單，選用原件數量小，安裝操作方便。中國專利201010261610.9提供了一種采用接觸器作為變頻器功率單元的旁路結構。中國專利200520050490.2、中國專利200810113842.2、中國專利200810113844.1均采用可控硅作為功率單元的旁路結構。以上旁路結構均采用增加功率器件來完成功率單元旁路，這樣增加了額外的成本和體積；同時采用接觸器或者可控硅作為旁路的執行器件，完成旁路功能需要的時間較長。?

為解決現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供了一種在任何一個開關器件出現故障時均可對功率單元進行旁路控制，性能穩定、可靠，利用率高，且可減少額外的成本和體積，同時實現旁路功能所用時間少的級聯式多電平變換器功率單元旁路結構。?

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：?

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：?

一種級聯式多電平變換器功率單元旁路結構，每個功率單元均包含單元控制器、故障檢測電路、單相全橋逆變器、DC/DC電源和直流耦合電路，所述單元控制器與所述故障檢測電路和單相全橋逆變器連接，以及與所述級聯式多電平變換器的主控制器連接，所述直流耦合電路的輸入端與其所在的功率單元的直流電壓兩端和鄰近的功率單元的直流電壓兩端電連接，所述DC/DC電源的輸入端與所述直流耦合電路的輸出端電連接，所述DC/DC電源的輸出端與所述單元控制器電連接，供給各組成部件的工作電源。?

進一步地，所述單相全橋逆變器主要由四個開關器件S1～S4、四個二極管D1～D4和一個電容C組成，所述開關器件S1和開關器件S2、所述開關器件S3和開關器件S4分別串聯連接，且串聯連接的所述開關器件S1和開關器件S2與串聯連接的所述開關器件S3和開關器件S4并聯連接，并且四個所述開關器件S1～S4與四個所述二極管D1～D4依次一對一地反并聯連接；其中所述開關器件S1的集電極與二極管D1的陰極相連接的一端為P端，所述開關器件S2的發射極與二極管D2的陽極相連接的一端為M端，所述開關器件S1和開關器件S2及其反并聯的二極管D1和二極管D2串聯電路的中點為U端，所述開關器件S3和開關器件S4及其反并聯的二極管D3和二極管D4串聯電路的中點為V端，所述P端和M端分別與所述電容C的正端和負端相連接，同時所述P端和M端還與所述U端和V端一并與所述故障檢測電路相連接。?