[發(fā)明專利]一種三相雙T型五電平變流器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610116971.1
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105763084B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建忠;徐帥;胡省;姜永將
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/487;H02M7/5387
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳琛

本發(fā)明公開一種三相雙T型五電平變流器及其控制方法，該變流器每相橋臂由兩個三電平T型變流器橋臂與兩個串聯(lián)的電解電容組合演變而成。因此該變流器具有三電平T型變流器導(dǎo)通損耗小，效率高的優(yōu)點。與傳統(tǒng)的五電平變流器相比，該三相雙T型五電平變流器采用較少的功率開關(guān)器件，可以產(chǎn)生9種不同的開關(guān)狀態(tài)，因此可以利用冗余開關(guān)狀態(tài)，同時輸出期望的電平電壓和控制飛跨電容電壓的平衡。采用基于多載波同相層疊SPWM調(diào)制技術(shù)的控制方法，使變流器具有較好的輸出電能質(zhì)量，和較高的效率。當(dāng)功率開關(guān)管發(fā)生故障時，該變流器還可以利用冗余開關(guān)狀態(tài)進行容錯運行，因此該三相雙T型五電平變流器比較適用于對可靠性和效率要求較高的場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子多電平變流器領(lǐng)域，具體涉及一種三相雙T型五電平變流器及其控制方法。

背景技術(shù)

電力電子技術(shù)自二十世紀50年代誕生以來，經(jīng)過近半個世紀的飛速發(fā)展，至今已被廣泛應(yīng)用于需要電能變換的各個領(lǐng)域。多電平變換器的概念最早是由A.Nbaae等人在1980年IAS年會上提出的。其中多電平電壓源型變流器因其控制方式多樣、輸出電流諧波含量低、逆變效率高等良好的特性已成為高壓大功率應(yīng)用的熱點。R.H.Baker于1975年最早提出了級聯(lián)H橋多電平變流器的概念；日本學(xué)者A.Nabae、H.Akagi等人于1983年提出了中點箝位型多電平PWM逆變器；T.A.Meynard于1992年提出了飛跨電容型多電平逆變器。三種傳統(tǒng)的多電平變流器雖然能夠?qū)崿F(xiàn)多電平電壓輸出，但是需要大量的箝位二極管，飛跨電容或者獨立電源，從而會使系統(tǒng)體積龐大，可靠性降低，成本增加。

隨著多電平變流器的應(yīng)用越來越廣泛，如何能進一步簡化其結(jié)構(gòu)，減少使用的功率開關(guān)器件，降低其體積與成本也越來越受到重視，而且隨著功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展，如何充分利用開關(guān)速度較快但耐壓比較低的器件(如IGBT)和耐壓值較高但開關(guān)頻率較低的器件(如GTO，IGCT)各自的優(yōu)點，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更優(yōu)化也受到廣泛關(guān)注。目前，在三種傳統(tǒng)多電平變流器基礎(chǔ)上，大量的新型多電平變流器拓撲相繼被提出。例如五電平H橋型中點鉗位型變流器(5L-HNPC)，三電平有源鉗位型變流器(3L-ANPC)，五電平有源鉗位型變流器(5L-ANPC)以及四電平混合鉗位型變流器(4L-HC)等。

多電平變流器的調(diào)制策略，根據(jù)開關(guān)頻率的高低，可被分為基頻調(diào)制和高頻調(diào)制。在基頻調(diào)制下，逆變器的每個功率開關(guān)器件在一個工頻周期中只開關(guān)一、兩次，輸出的交流電壓呈階梯波形，比較典型的基頻調(diào)制方法有開關(guān)點預(yù)制調(diào)制法和階梯波調(diào)制法。在高頻調(diào)制下，逆變器的每個開關(guān)器件在一個工頻周期中會開關(guān)多次，這類調(diào)制方法主要有正弦脈寬調(diào)制(SPWM)和空間矢量調(diào)制(SVM)。目前出現(xiàn)了諸如載波層疊、載波移相、頻率優(yōu)化、消除特定次諧波、空間電壓矢量等多種控制策略。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了解決傳統(tǒng)多電平變流器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，控制復(fù)雜度較大的問題，本發(fā)明公開了一種三相雙T型五電平變流器及其控制方法，簡化了多電平變流器結(jié)構(gòu)，減少了使用的功率開關(guān)器件數(shù)量，降低了其體積與成本，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。針對所提出的多電平變流器拓撲，采用基于多載波同相層疊SPWM調(diào)制的控制方法實現(xiàn)交流側(cè)期望電壓電平輸出的同時，實時調(diào)節(jié)飛跨電容電壓的平衡。

技術(shù)方案：一種三相雙T型五電平變流器，由三相雙T型橋臂和直流母線并聯(lián)構(gòu)成；所述三相雙T型橋臂分別為電路結(jié)構(gòu)相同的A相橋臂、B相橋臂和C相橋臂；每相橋臂由上半橋橋臂、飛跨電容、左中點鉗位型橋臂、右中點鉗位型橋臂和下半橋橋臂組成；

所述直流母線由+E母線、-E母線和兩個串聯(lián)電解電容構(gòu)成；

所述上半橋橋臂由第五絕緣柵雙極型晶閘管S_x5的發(fā)射極與第一絕緣柵雙極型晶閘管S_x1的集電極連接而成，連接后的第五絕緣柵雙極型晶閘管S_x5的集電極連接至直流母線的正極性端，第一絕緣柵雙極型晶閘管S_x1的發(fā)射極連接至交流輸出端_x；所述_x為A相交流輸出端a、B相交流輸出端b、C相交流輸出端c；