[發(fā)明專利]N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410042800.X
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103762861B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張波;付堅;丘東元
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模塊組合多電平變換器（MMC）領(lǐng)域，具體涉及一種N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器及其控制方法。

背景技術(shù)

目前功率整流器正向小型化、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(jìn)整流器的方向：減少無源器件或者改進(jìn)整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以減少有源器件作為減少有源器件方向的新進(jìn)展。單相2N+2開關(guān)整流器相對于傳統(tǒng)的4N開關(guān)整流器減少了2N-2個開關(guān)及相應(yīng)的驅(qū)動電路，在考慮成本與體積的應(yīng)用中占有一定的優(yōu)勢。然而，2N+2開關(guān)整流器的N路單相輸入均轉(zhuǎn)換為兩電平，輸入交流波形比較差。此外，2N+2個開關(guān)中每個開關(guān)承受的電壓應(yīng)力為直流母線電壓的一半，且存在2N+2個開關(guān)管的均壓問題，這極大的限制了單相2N+2開關(guān)整流器在高壓和大功率場合的應(yīng)用。

近年來，多電平變換技術(shù)得到不斷推廣，并已成功應(yīng)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(lǐng)域，目前常見的電壓型多電平整流器拓?fù)浯笾驴煞譃橄湮恍秃蛦卧壜?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?fù)洌司哂袀鹘y(tǒng)多電平整流器的優(yōu)點，模塊組合多電平整流器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)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(fù)能力，系統(tǒng)可靠性高；由于具有公共直流母線，模塊組合多電平整流器尤其適用于高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用。然而，當(dāng)N條不同頻率的交流線路的相連時，需要2N個MMC整流器，這極大的增加了工程成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種無直流偏置的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器及其控制方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下。

N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器包括N個交流輸入電源、N個交流電感、第一橋臂、第二橋臂和負(fù)載；所述第一橋臂由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個開關(guān)組由n個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個開關(guān)組由n個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，其中i的取值為1～N+1；第k個交流輸入電源的兩端作為第k路輸入，其中k的取值為1～N，N>2，n為正整數(shù)。

上述的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的兩個電感相互耦合，構(gòu)成一對耦合電感；第二橋臂的兩個電感相互耦合，構(gòu)成一對耦合電感。

上述的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器中，所述N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的第1個開關(guān)組的下端與第一橋臂中2個電感的第一電感的一端連接，第一橋臂的第一電感的另一端與第一橋臂的第2個開關(guān)組的上端連接；第一橋臂的第i個開關(guān)組的下端與第一橋臂的第i+1個開關(guān)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(guān)組的下端與第一橋臂的第二電感的一端連接，第一橋臂的第二電感的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組的上端連接；第二橋臂的電路結(jié)構(gòu)與第一橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致；第k個交流輸入電源的一端與第一橋臂的第k+1個開關(guān)組的上端連接，第k個交流輸入電源的另一端與第k個交流電感的一端連接，第k個交流電感的另一端與第二橋臂的第k+1個開關(guān)組的上端連接，其中k的取值為1～N-1；第N個交流輸入電源的一端與第一橋臂的第N個開關(guān)組的下端連接，第N個交流輸入電源的另一端與第N個交流電感的一端連接，第N個交流電感的另一端與第二橋臂的第N個開關(guān)組的下端連接；第一橋臂的第1個開關(guān)組的上端與第二橋臂的第1個開關(guān)組的上端、負(fù)載的一端連接，負(fù)載的另一端與第一橋臂的第N個開關(guān)組的下端、第二橋臂的第N個開關(guān)組的下端、地端連接。

上述的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器中，功率開關(guān)單元由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管和電容構(gòu)成。其中，電容的正極與第一開關(guān)管的集電極、第一二極管的陰極連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極與第一二極管的陽極、第二開關(guān)管的集電極、第二二極管的陰極連接，第二開關(guān)管的發(fā)射極與第二二極管的陽極、電容的負(fù)極連接；第二開關(guān)管的集電極作為第一輸出端，第二開關(guān)管的發(fā)射極作為第二輸出端。

上述的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二輸出端與第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j+1個功率開關(guān)單元的第一輸出端連接，其中j取值為1～n-1，i取值為1～N+1；第二橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二輸出端與第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j+1個功率開關(guān)單元的第一輸出端連接。