[發明專利]雙輸出單相六開關組MMC逆變器及其控制方法

有效

• 申請號: 201410042070.3
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103825488A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 張波;付堅;丘東元
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M7/5395
• 分類號: H02M7/5395
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及模塊組合多電平（MMC）變換器領域，具體涉及一種雙輸出單相六開關組MMC逆變器及其控制方法。

背景技術

目前功率變換器正向小型化、高可靠性和低損耗方向發展，在這種趨勢下出現兩種改進變換器的方向：減少無源器件或者改進變換器拓撲結構以減少有源器件作為減少有源器件方向的新進展。單相六開關變換器相對于傳統的八開關變換器減少了一個開關及相應的驅動電路,在考慮成本與體積的應用中占有一定的優勢。然而，六開關變換器的兩路單相輸出均為兩電平，輸出交流波形比較差。此外，六個開關中每個開關承受的電壓應力為直流母線電壓的一半，且存在六個開關的均壓問題，這極大的限制了單相六開關變換器在高壓和大功率場合的應用。

近年來，多電平變換技術得到不斷推廣，并已成功應用在諸如高壓直流輸電、電力傳動、有源濾波、靜止同步補償等工業領域，目前常見的電壓型多電平變換器拓撲大致可分為箱位型和單元級聯型兩大類。模塊組合多電平變換器（Modular?Multilevel?Converter，MMC）作為一種新型的多電平拓撲，除了具有傳統多電平變換器的優點，模塊組合多電平變換器采用模塊化結構設計，便于系統擴容和冗余工作；具有不平衡運行能力、故障穿越和恢復能力，系統可靠性高；由于具有公共直流母線，模塊組合多電平變換器尤其適用于高壓直流輸電系統應用。然而，當兩條不同頻率的交流線路的相連時，需要2個MMC變換器，這極大的增加了工程成本。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種雙輸出單相六開關組MMC逆變器及其控制方法。

本發明采用的技術方案如下。

雙輸出單相六開關組MMC逆變器包括直流電源、第一橋臂、第二橋臂、第一負載和第二負載；所述第一橋臂和第二橋臂均由上開關組、中開關組、下開關組和耦合電感串聯而成；第一橋臂的上開關組由N個功率開關單元串聯而成，第一橋臂的中開關組由N個功率開關單元串聯而成，第一橋臂的下開關組由N個功率開關單元串聯而成，第二橋臂的上開關組由N個功率開關單元串聯而成，第二橋臂的中開關組由N個功率開關單元串聯而成，第二橋臂的下開關組由N個功率開關單元串聯而成；第一負載的兩端分別接到第一橋臂的中開關組和第二橋臂的中開關組的上端，第二負載的兩端分別接到第一橋臂的中開關組和第二橋臂的中開關組的下端；第一負載的兩端作為第一路輸出，第二負載的兩端作為第二路輸出。第一橋臂的耦合電感原副邊和第二橋臂的耦合電感的原、副邊均可由第一電感和第二電感兩個獨立電感替代。

進一步地，所述雙輸出單相六開關組MMC逆變器中，直流電源的正極與第一橋臂的上開關組的上端、第二橋臂的上開關組的上端連接，直流電源的負極與第一橋臂的下開關組的下端、第二橋臂的下開關組的下端連接；第一橋臂的上開關組的下端與第一橋臂的耦合電感的原邊的同名端連接，第一橋臂的耦合電感的原邊的非同名端與第一橋臂的中開關組的上端連接，第一橋臂的中開關組的下端與第一橋臂的耦合電感副邊的同名端連接，第一橋臂的耦合電感副邊的非同名端與第一橋臂的開關組的上端連接；第二橋臂的結構與第一橋臂的結構完全一致；直流電源的負極與第一橋臂的下開關組的下端、第二橋臂的下開關組的下端、地端連接；第一負載的一端與第一橋臂的中開關組的上端連接，第一負載的另一端與第二橋臂的中開關組的上端連接，第二負載的一端與第一橋臂的中開關組的下端連接，第二負載的另一端與第二橋臂的中開關組的下端連接。

進一步地，功率開關單元包括第一開關管、第二開關管、第一二極管、第二二極管和電容。其中，電容的正極與第一開關管的集電極、第一二極管的陰極連接，第一開關管的發射極與第一二極管的陽極、第二開關管的集電極、第二二極管的陰極連接，第二開關管的發射極與第二二極管的陽極、電容的負極連接；第二開關管的集電極作為第一輸出端，第二開關管的發射極作為第二輸出端。

每個開關組的第i個功率開關單元的第二輸出端與第i+1個功率開關單元的第一輸出端連接，其中i的取值為1～N-1。