[發(fā)明專利]一種混合五電平變流器及其控制方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610145767.2
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105577012A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 張建忠;徐帥;姜永將;胡省
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳琛

1.一種混合五電平變流器，其特征在于：包括三相橋臂，每相橋臂分為兩個單元：高壓 低頻單元(1)和低壓高頻單元(2)；

所述高壓低頻單元(1)由兩電平上橋臂(11)、兩電平下橋臂(12)和直流母線(13)構 成；所述兩電平上橋臂(11)由第一功率開關管VT₁的發(fā)射極與第二功率開關管VT₂的集電極 連接而成，所述兩電平下橋臂(12)由第三功率開關管VT₃的發(fā)射極與第四功率開關管VT₄的集電極連接而成，所述直流母線(13)由兩個第一電解電容串聯(lián)而成；

所述兩電平上橋臂(11)中第二功率開關管VT₂的發(fā)射極與兩電平下橋臂(12)中第三 功率開關管VT₃的集電極相連，兩電平上橋臂(11)中第一功率開關管VT₁的集電極與直流 母線(13)的正極性端相連，兩電平下橋臂(12)中第四功率開關管VT₄的發(fā)射極與直流母 線(13)的負極性端相連；

所述低壓高頻單元(2)由三電平T型橋臂(21)和飛跨電解電容(22)構成；所述三電 平T型橋臂(21)包括由第五功率開關管VT₅構成的上半橋橋臂、由第八功率開關管VT₈構 成的下半橋橋臂和由第六功率開關管VT₆的發(fā)射極連接第七功率開關管VT₇的發(fā)射極組成的 中點鉗位橋臂，所述飛跨電解電容(22)由兩個第二電解電容串聯(lián)而成；

所述三電平T型橋臂(21)中上半橋橋臂的第五功率開關管VT₅的集電極與飛跨電解電 容(22)的正極性端相連，三電平T型橋臂(21)中下半橋橋臂的第八功率開關管VT₈的發(fā) 射極與飛跨電解電容(22)的負極性端相連，上半橋橋臂的第五功率開關管VT₅的發(fā)射極與 下半橋橋臂的第八功率開關管VT₈的集電極相連，所述中點鉗位橋臂的第六功率開關管VT₆的集電極與飛跨電解電容(22)的中點相連，第七功率開關管VT₇的集電極連接至交流輸出 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；

所述高壓低頻單元(1)中兩電平上橋臂(11)的中點與低壓高頻單元(2)中飛跨電解 電容(22)的正極性端相連；高壓低頻單元(1)兩電平下橋臂(12)的中點與低壓高頻單元 (2)中飛跨電解電容(22)的負極性端相連。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種混合五電平變流器，其特征在于：所述第一電解電容的電 壓值為第二電解電容電壓值的兩倍。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種混合五電平變流器，其特征在于：所述高壓低頻單元(1) 中所有的功率開關管選擇耐壓值較高但開關頻率較低的器件；所述低壓高頻單元(2)中所有 的功率開關管選擇開關速度較快但耐壓較低的器件。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種混合五電平變流器，其特征在于：所述耐壓值較高但開關 頻率較低的器件為可關斷晶閘管GTO，集成門極換流晶閘管IGCT。

5.根據(jù)權利要求3所述的一種混合五電平變流器，其特征在于：所述開關速度較快但耐 壓較低的器件為絕緣柵雙極型晶體管IGBT，金氧半場效晶體管MOSFET。

6.一種對權利要求1-5任一所述混合五電平變流器的控制方法，其特征在于，采用混合 調制策略，高壓低頻單元中功率開關管工作于基頻調制下，其中，功率開關管VT₁和VT₃同 時導通，VT₂和VT₄同時導通，且VT₁和VT₄互補導通；低壓高頻單元中功率開關管工作在多 載波SPWM脈寬調制下，其中，功率開關管VT₅和VT₇互補導通，VT₆和VT₈互補導通；當 VT₆導通，VT₈關斷時，VT₅和VT₇交替互補導通；當VT₇導通VT₅關斷時，VT₆和VT₈交替互 補導通；表1所示為變流器功率開關管開關狀態(tài)與相應的交流側輸出電壓；

表1變流器功率開關管開關狀態(tài)與相應的交流側輸出電壓

開關狀態(tài) S₁S₂S₃S₄S₅S₆S₇S₈交流側輸出相電壓 1 0 1 0 1 0 0 1 1 -E 2 0 1 0 1 0 1 1 0 -E/2 3 0 1 0 1 1 1 0 0 0 4 1 0 1 0 0 1 1 0 E/2 5 1 0 1 0 1 1 0 0 E

其中：S_n代表三相橋臂中所有VT_n的狀態(tài)，1為導通，0為關斷，n＝1～6。