[實用新型]三相四線橋式模塊單元串聯(lián)組合高壓變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420091676.1
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN203747683U
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 張波;丘東元
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 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

本實用新型屬于電力電子變換器或高電壓應用領域，涉及三相四線橋式模塊單元串聯(lián)組合高壓變換器拓撲的構造。

背景技術

實現(xiàn)高壓大功率變換器的關鍵技術之一是大功率變換器拓撲，近幾十年來國際上對高壓大容量變換器進行了深入的研究，提出了眾多有意義的髙壓大容量拓撲。主要構造拓撲的技術包括：1、功率開關器件直接串聯(lián)技術，其優(yōu)點是可以直接應用現(xiàn)有拓撲，缺點是各功率開關器件串聯(lián)存在靜態(tài)和動態(tài)均壓問題，對功率開關器件的開通和關斷一致性要求較高，易于出現(xiàn)器件故障；2、多重化技術，其優(yōu)點是傳統(tǒng)H橋或者三相橋式電路通過多繞組工頻變壓器耦合，實現(xiàn)高電壓、低諧波輸出，缺點是需要用工頻多繞組變壓器，成本、損耗、復雜性增加，且有直流磁化現(xiàn)象；3、多電平技術，其優(yōu)點是直流側(cè)采用串聯(lián)直流電容實現(xiàn)功率開關器件均壓，缺點是功率開關器件的導通電流負荷不一致，造成各直流電容上直流電壓的不平衡，且拓撲較復雜；4、模塊組合多電平變換器即MMC變換器，其優(yōu)點是各相橋臂根據(jù)電壓等級，由多個相同的模塊化功率單元和兩個橋臂電感依次串聯(lián)構成，實現(xiàn)了高度模塊化，在器件電流應力、不平衡運行、故障保護等方面比一般多電平技術具有更明顯的優(yōu)勢，是目前高壓電能變換首選的變換器。

本實用新型在MMC變換器基礎上，提出一種模塊化程度更高的三相四線橋式模塊單元串聯(lián)組合高壓變換器。

實用新型內(nèi)容

本實用新型提出一種三相四線橋式模塊單元串聯(lián)組合高壓變換器，與現(xiàn)有高壓大容量變換器比較，模塊化程度更高，減少了元器件，減少了功率單元數(shù)，組合簡單，可靠性更高，且成本下降，在高壓大容量工業(yè)應用中有廣闊的前景。本實用新型通過如下技術方案實現(xiàn)。

三相四線橋式模塊單元串聯(lián)組合高壓變換器，其包括2N個三相四線橋式模塊單元和8個橋臂電感，其中三相四線高壓變換器的上橋臂由N個三相四線橋式模塊單元串聯(lián)后再相應與4個橋臂電感的一端串聯(lián)構成，下橋臂由另外4個橋臂電感的一端與另外N個三相四線橋式模塊單元依次串聯(lián)構成，然后上橋臂的4個橋臂電感的另一端與下橋臂的4個橋臂電感的另一端串聯(lián)，上橋臂的4個橋臂電感與下橋臂的4個橋臂電感之間的4個連接點構成對應相橋臂的輸出端，N為正整數(shù)。

進一步地，所述三相四線橋式模塊單元由8個帶續(xù)流二極管的功率開關元件及1個直流電容構成。

進一步地，所述三相四線橋式模塊單元中，每2個功率開關元件串聯(lián)構成1相，8個功率開關元件共構成4相，即a相、b相、c相和o相，其中每1相均各自包括第一開關管和第二開關管，第一開關管和第二開關管的兩端均與續(xù)流二極管連接，分別為第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管；第一開關管的正極接到A端，負極接到B端；第二開關管的正極接到B端，負極接到C端，其中B端、C端為輸出端。然后a相、b相、c相和o相的A端相互連接，選擇o相即中線相的A端接到直流電容的正極、C端接到直流電容的負極，直流電容上的電壓E=V/2N，V為輸入直流電源的電壓值。

進一步地，三相四線橋式模塊單元包括2種工作狀態(tài)，第一種狀態(tài)是第一開關管或第一續(xù)流二極管導通，其它器件均關斷；第二種狀態(tài)是第二開關管或第二續(xù)流二極管導通，其它器件均關斷。

進一步地，三相四線高壓變換器的上橋臂由N個串聯(lián)連接三相四線橋式模塊單元與4個橋臂電感連接構成，即第一個三相四線橋式模塊單元每相的B端即U_a1、U_b1、U_c1、U_o1與電源的正極相連接，第一個三相四線橋式模塊單元每相的C端與第二個三相四線橋式模塊單元相同相的B端即U_a2、U_b2、U_c2、U_o2相連接，依此連接規(guī)律，第i個三相四線橋式模塊單元（的U_ai、U_bi、U_ci、U_oi分別連接到第i-1個三相四線橋式模塊單元相同相的C端，第i個三相四線橋式模塊單元每相的C端分別連接到第i+1個三相四線橋式模塊單元相同相的B端即U_a(i+1)、U_b(i+1)、U_c(i+1)、U_o(i+1)，N個三相四線橋式模塊單元連接后，第N個三相四線橋式模塊單元每相的C端分別與第一電感、第二電感、第三電感和第四電感連接。