[發(fā)明專利]N輸出三相3N+3開關組MMC逆變器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410042730.8
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103780113B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)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: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/539
• 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(fā)明涉及模塊組合多電平（MMC）變換器領域，具體涉及一種N輸出三相3N+3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(fā)展，在這種趨勢下出現(xiàn)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。三相3N+3開關變換器相對于傳統(tǒng)的6N開關變換器減少了3N-3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(yōu)勢。然而，3N+3開關變換器的N路單相輸出均為兩電平，輸出交流波形比較差。此外，3N+3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3N+3個開關管的均壓問題，這極大的限制了三相3N+3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?shù)裙I(yè)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(lián)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(tǒng)多電平變換器的優(yōu)點，模塊組合多電平變換器采用模塊化結構設計，便于系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)應用。然而，當N條不同頻率的三相交流線路的相連時，需要2N個MMC變換器，這極大的增加了工程成本。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種N輸出三相3N+3開關組MMC逆變器及其控制方法。

本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)。

N輸出三相3N+3開關組MMC逆變器包括直流電源、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂、N個三相負載；所述第一橋臂由N+1個開關組和2個電感串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個開關組和2個電感串聯(lián)而成，所述第三橋臂由N+1個開關組和2個電感串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個開關組由n個功率開關單元串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個開關組由n個功率開關單元串聯(lián)而成，第三橋臂的第i個開關組由n個功率開關單元串聯(lián)而成，其中i的取值為1～N+1；第k個三相負載的三端分別與第一橋臂的第k+1個開關組的上端、第二橋臂的第k+1個開關組的上端、第三橋臂的第k+1個開關組的上端連接，其中k的取值為1～N-1；第N個三相負載的三端分別與第一橋臂的第N個開關組的下端、第二橋臂的第N個開關組的下端、第三橋臂的第N個開關組的下端連接；第k個負載的三端作為第k路三相輸出，其中k的取值為1～N，N>2，n為正整數(shù)。

上述的N輸出三相3N+3開關組MMC逆變器中，第一橋臂的兩個電感相互耦合，構成一對耦合電感；第二橋臂的兩個電感相互耦合，構成一對耦合電感；第三橋臂的兩個電感相互耦合，構成一對耦合電感。

上述的N輸出三相3N+3開關組MMC逆變器中，直流電源的正極與第一橋臂的第1個開關組的上端、第二橋臂的第1個開關組的上端、第三橋臂的第1個開關組的上端連接；第一橋臂的第1個開關組的下端與第一橋臂的第1個電感的一端連接，第一橋臂的第1個電感的另一端與第一橋臂的第2個開關組的上端連接；第一橋臂的第i個開關組的下端與第一橋臂的第i+1個開關組的上端連接，其中i的取值為2～N-1；第一橋臂的第N個開關組的下端與第一橋臂的第2個電感的一端連接，第一橋臂的第2個電感的另一端與第一橋臂的第N+1個開關組的上端連接；第二橋臂的電路結構、第三橋臂的電路結構與第一橋臂的電路結構完全一致；第k個三相負載的三端分別與第一橋臂的第k+1個開關組的上端、第二橋臂的第k+1個開關組的上端、第三橋臂的第k+1個開關組的上端連接，其中k的取值為1～N-1；第N個三相負載的三端分別與第一橋臂的第N個開關組的下端、第二橋臂的第N個開關組的下端、第三橋臂的第N個開關組的下端連接。

上述的N輸出三相3N+3開關組MMC逆變器中，功率開關單元由第一開關管、第二開關管、第一二極管、第二二極管和電容構成。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(fā)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(fā)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(fā)射極作為第二輸出端。