[發明專利]雙輸出單相三開關組MMC逆變器及其控制方法

有效

• 申請號: 201410042986.9
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103762881A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 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三開關組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。單相三開關變換器相對于傳統的四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，三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，三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，且存在三個開關的均壓問題，這極大的限制了單相三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三開關組MMC逆變器及其控制方法。

本發明采用的技術方案如下。

雙輸出單相三開關組MMC逆變器包括第一直流電源、第二直流電源、上開關組、中開關組、下開關組、耦合電感、第一負載和第二負載；上開關組由N個功率開關單元串聯而成，中開關組由N個功率開關單元串聯而成，下開關組由N個功率開關單元串聯而成；耦合電感與上開關組、中開關組和下開關組三個開關組串聯；第一直流電源和第二直流電源串聯供電；第一負載的一端和第二負載的一端均接到第一直流電源和第二直流電源的中點，第一負載的另一端接到中開關組的上端，第二負載的另一端接到中開關組的下端；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；耦合電感的原副邊可由兩個獨立電感替代。采用載波移相PWM控制變換器中上開關組、中開關組和下開關組的開關管的開通與關斷。

上述的雙輸出單相三開關組MMC逆變器中，所述雙輸出單相三開關組MMC逆變器中，第一直流電源的正極與上開關組的上端連接，上開關組的下端與耦合電感原邊的同名端連接，耦合電感原邊的非同名端與中開關組的上端連接，中開關組的下端與耦合電感副邊的同名端連接，耦合電感副邊的非同名端與下開關組的下端連接，下開關組的下端與第二直流電源的負極連接，第二直流電源的正極與第一直流電源的負極連接，第一直流電源的負極與地端連接；第一負載的一端與中開關組的上端連接，第一負載的另一端與地端連接，第二負載的一端與中開關組的下端相連，第二負載的另一端與地端連接。

上述的雙輸出單相三開關組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。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。

上述的雙輸出單相三開關組MMC逆變器中，上開關組的第i個功率開關單元的第二輸出端與上開關組的第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；中開關組的第i個功率開關單元的第二輸出端與中開關組的第i+1個功率開關單元的第一輸出端連接；下開關組的第i個功率開關單元的第二輸出端與下開關組的第i+1個功率開關單元的第二輸出端連接。

上述的雙輸出單相三開關組MMC逆變器的控制方法中，采用載波移相PWM控制上開關組、中開關組和下開關組的開關管的開通與關斷；上開關組的第i個功率開關單元和下開關組的第i個功率開關單元采用相同三角波作為載波C_i，其中i的取值為1～N；N個載波依次滯后相角360°/N；所述第一路輸出采用正弦波作為第一調制波R_an，第二路輸出采用正弦波作為第二調制波R_bn。