[發明專利]五電平電壓源型變換裝置

有效

• 申請號: 201410835101.0
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104410309B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 徐曉;張校飛;湯子龍
• 申請（專利權）人: 北京合康新能科技股份有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M7/219;H02M5/458
• 代理公司: 北京國帆知識產權代理事務所(普通合伙)11334
• 代理人: 李增朝

技術領域

本發明屬于電力電子變換器領域，涉及五電平電壓源型變換裝置。

背景技術

現有技術的二極管箝位型五電平變換裝置，如圖3所示利用四個串聯的電容C1－C4連接在直流電源的兩端，A、B、C各相橋臂由八個開關器件S串聯構成，各個開關器件S通過箝位二極管D連接到每個電容，通過箝位二極管D將開關器件S的電壓箝位到連接的一個電容的電壓上，將直流母線電壓分壓成多個電平。該結構中，各個箝位二極管D由于箝位電壓的不同，分別需要不同耐壓的箝位二極管D，給器件的選擇和管理帶來了困難，給安全造成了隱患。對于承受高電壓的箝位二極管D如圖3所示(Da1)還需要多個二極管D串聯使用，造成箝位二極管數目多，電氣回路復雜，降低了裝置的可靠性。

圖4為電容飛跨型五電平變換裝置。該裝置與圖3所示的二極管箝位型五電平變換裝置不同，采用的是跨接在開關器件S之間的串聯電容(Ca、Cb、Cc)進行箝位的，為使各個箝位電容的電壓均衡，需要復雜的控制。大量串聯電容的使用，不僅電氣回路復雜，可靠性低，也容易引入懸浮電容，使得電壓的控制變得困難。

除了以上兩種變換裝置外，現有技術中還有H橋級聯型五電平變換裝置。級聯型五電平變換裝置雖然不需要大量的箝位二極管和箝位電容，但需要獨立的直流電壓源，具有使用不方便的問題。

本發明的目的在于提供一種結構簡單、可靠性高、不需要獨立的直流電壓源的五電平電壓源型變換裝置。

發明內容

本發明的技術方案為一種五電平電壓源型變換裝置，其特征在于，由直流母線電容串，第一開關器件串，第二開關器件串，輔助電容(Cph)，2組續流電路構成一個橋臂，所述直流母線電容串由4個容量相等的直流母線電容(C1-C4)串聯而成，所述第一開關器件串由8個帶反向并聯二極管的有源開關器件(S1-S8)同向串聯而成，其兩端與所述直流母線電容串的兩端(1、5)并聯連接，其第4有源開關器件(S4)與第5有源開關器件(S5)的連接點(10)與所述直流母線電容串中，第2直流母線電容(C2)與第3直流母線電容(C3)的連接點(3)連接，所述第二開關器件串由4個帶反向并聯二極管的有源開關器件(S9-S12)同向串聯而成，其兩端并聯連接在所述第一開關器件串中，第2有源開關器件(S2)與第3有源開關器件(S3)的連接點(8)，第6有源開關器件(S6)與第7有源開關器件(S7)的連接點(12)，所述輔助電容(Cph)并聯連接在所述第二開關器件串中，第1有源開關器件(S9)與第2有源開關器件(S10)的連接點(14)，第3有源開關器件(S11)與第4有源開關器件(S12)的連接點(15)，所述第一開關器件串中，第1有源開關器件(S1)與第2有源開關器件(S2)的連接點(7)，第3有源開關器件(S3)與第4有源開關器件(S4)的連接點(9)與第1組續流電路并聯連接，第5有源開關器件(S5)與第6有源開關器件(S6)的連接點(11)，第7有源開關器件(S7)與第8有源開關器件(S8)的連接點(13)與第2組續流電路并聯連接，第1組續流電路由兩個續流二極管(Q1、Q2)或帶反向并聯二極管的有源開關器件(Q11、Q21)同向串聯而成，其連接點與所述直流母線電容串中，第1直流母線電容(C1)與第2直流母線電容(C2)的連接點(2)連接，第2組續流電路由兩個續流二極管(Q3、Q4)或帶反向并聯二極管的有源開關器件(Q31、Q41)同向串聯而成，其連接點與所述直流母線電容串中，第3直流母線電容(C3)與第4直流母線電容(C4)的連接點(4)連接，所述直流母線電容串的兩端(1、5)作為電源輸入端與直流電源連接，所述第二開關器件串中，第2有源開關器件(S10)與第3有源開關器件(S11)的連接點(6)為電壓輸出端。

其中的第一開關器件串(S1-S8)、第二開關器件串(S9-S12)、續流電路(Q11、Q21、Q31、Q41)中的各個有源開關器件可以為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管、電力晶體管、電力場效應晶體管中的任一種。

各相橋臂既可以具有自己的直流母線電容串，也可以公用同一個直流母線電容串。

由于本發明中，大大減少了鉗位二極管和鉗位電容的數量，不僅結構簡單，硬件結構也易于實現，控制容易。由于開關狀態具有很大的冗余性，控制更加靈活，所用器件承受的耐壓相同且不存在器件直接串聯的情況，在器件選擇和管理上更方便，使用上更簡單，也不需要獨立的直流電壓源。

附圖說明

圖1是本發明的第1實施方式的拓撲結構圖；

圖2是本發明的第2實施方式的拓撲結構圖；