[發明專利]混合箝位型五電平變流器及其控制方法

有效

• 申請號: 201310196165.6
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103259436A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 張興;任康樂;王付勝;謝韋偉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387;H02M3/155;H02M1/088
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生;郭華俊

技術領域

本發明涉及一種電力電子變換器，尤其是一種混合箝位型五電平變流器及其控制方法。

背景技術

由于輸出電平數的增加，多電平變流器具有輸出波形諧波含量低、器件承受電壓應力小等優點，這些優點使得多電平變流技術特別適合用于高壓大容量電力電子場合。目前，多電平變換器主要可分為以下三種：二極管箝位式，電容箝位式，H橋級聯式。其中，二極管箝位式多電平拓撲由于主電路結構簡單可靠、能量可以雙向流動等優點成為目前應用最為廣泛的多電平拓撲。然而，該種拓撲存在直流電容電壓平衡問題，對于三電平拓撲，通過一定的控制算法可以得到解決，但已有文獻指出對于五電平及以上電平變流器在功率因數接近1時，很難在全負載范圍內達到電容電壓平衡。

到目前為止，有很多研究學者提出了多種解決方案，但它們或是通過舍去大量中長矢量來實現電容電壓平衡，降低了系統控制性能；或是通過附加如直流電源、輔助斬波電路和采用背靠背式結構來實現直流母線電容電壓的平衡，這些方案增加了系統的硬件成本，降低了系統可靠性和效率。鑒于這些原因，目前五電平及上電平二極管箝位多電平結構很難在工程中得到應用。另外一種多電平拓撲是混合箝位拓撲，采用有源開關器件、二極管、電容配合完成箝位功能，通過鏈式的使不同的電容并聯能很好的解決電容電壓平衡問題，并且可以不受負載特性的影響。然而，這種混合箝位拓撲由于引入了箝位開關管和箝位電容等器件，增加了系統的硬件復雜度與成本。因此盡量減小該種拓撲的器件數量具有重要意義。

發明內容

本發明是為避免上述已有技術中存在的不足之處，提供一種混合箝位型五電平變流器及其控制方法，以減少五電平變流器的器件數目以簡化硬件結構、在實現電容電壓快速自動平衡的同時降低主開關管的開關頻率。

本發明為解決技術問題采用以下技術方案。

混合箝位型五電平變流器，其結構特點是，包括有三個結構相同的單相橋臂，其中，每相橋臂包括：2個直流母線電容C₁、C₂；2個箝位電容C₃、C₄；4個主開關管S₁、S₂、S_1’、S_2’和8個箝位開關管S_c1、S_c2、S_c1’、S_c2’、?S_c3、S_c4、S_c3’、S_c4’；2個箝位二極管D_c1和D_c2；

其中，直流母線電容C₁和C₂為各相橋臂共用；

所述直流母線電容C₁和C₂相互串聯構成直流母線電容支路；所述箝位開關管S_c1、S_c2、S_c1’和S_c2’相互串聯構成第一箝位開關管支路，所述箝位開關管S_c3、S_c4、S_c3’和S_c4’相互串聯構成第二箝位開關管支路；所述箝位電容C₃和C₄相互串聯構成箝位電容支路；所述箝位二極管D_c1和箝位二極管D_c2相互串聯構成箝位二極管支路；所述主開關管S₁、S₂、S_1’和S_2’?相互串聯構成主開關管支路；所述直流母線電容支路、第一箝位開關管支路、第二箝位開關管支路、箝位電容支路、箝位二極管支路、主開關管支路從前至后依次相互連接；

所述直流母線電容支路、第一箝位開關管支路的兩個端點分別與第一直流側正母線、第一直流側負母線相連接；所述第二箝位開關管支路、箝位電容支路和主開關管支路的兩個端點分別與第二直流側正母線、第二直流側負母線相連接。