[發明專利]一種T型結構的三電平有源三次諧波注入矩陣變換器

有效

• 申請號: 201710385252.4
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107196523B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 王輝;粟梅;孫堯;寧思捷;趙梓亦;韓華;楊建
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/219;H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

本發明提供一種T型結構的三電平有源三次諧波注入矩陣變換器，包括：整流級電路、三次諧波注入電路、逆變級電路以及輸入LC濾波器；整流級電路用于將三相輸入電源提供的三相交流輸入電壓輸入的交流電整流為六脈沖直流電壓；三次諧波注入電路用于對所述直流電產生三次諧波并注入所述整流級電路；逆變級電路用于將所述直流電轉換為交流電；輸入LC濾波器，包括濾波電感和濾波電容，輸入LC濾波器用于濾波以及提供逆變級電路中逆變級的中性點。本發明既具有更好的控制性能，如擴大輸入無功功率的控制范圍、不需要同步調制，又提供更高的輸出功率質量，改善輸出波形，具有共模水平更低及系統效率更高的優點。

技術領域

本發明涉及電力變換技術領域，更具體地，涉及基于T型結構的三電平有源三次諧波注入的矩陣變換器。

背景技術

隨著功率半導體器件和微控制器技術的快速發展，電力電子技術在過去的幾十年當中取得了突飛猛進的進步。電力電子技術主要研究如何利用電力電子裝置或系統實現對電能的高效利用、控制和轉換，以滿足能源領域節能降耗和新能源開發的重大需求，是電工技術領域的前沿方向和研究熱點。無論是節能降耗還是新能源開發，都離不開電力電子技術的核心-功率變換器。在所有的功率變換器結構中，又以交-交功率變換器的應用最為廣泛。目前交-交功率變換器已被大量用于交流變頻驅動、新能源發電和不間斷電源等領域。

矩陣變換器作為公共電網與交流負載的接口電路被廣泛應用于各種交-交電能變換場合。盡管矩陣變換器具有諸多優點，如無源前端變換器由于具有轉換效率高、EMI干擾小、低成本、結構簡單和可靠性高等優點，在變頻調速和可再生能源發電等領域被廣泛采用，但是大多數矩陣變換器仍存在能量單向流動、輸入電流質量差，功率密度和可靠性低等缺點。

現有的三次諧波注入矩陣變換器采用雙電平設計，存在主開關器件的電壓過高，同時輸出電壓的諧波過大的問題。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的矩陣變換器。

根據本發明的一個方面，提供一種T型結構的三電平有源三次諧波注入矩陣變換器，包括：整流級電路、三次諧波注入電路、逆變級電路以及輸入LC濾波器；

所述整流級電路的輸入端與三相輸入電源連接，輸出端分別與直流電壓母線的正、負極連接，用于將所述三相輸入電源提供的三相交流輸入電壓輸入的交流電整流為六脈沖直流電壓，并提供給三次諧波注入電路和所述逆變級電路；

所述三次諧波注入電路的第一端分別與直流電壓母線的正、負極連接，第二端與所述三相輸入電源連接，用于對所述直流電生成三次諧波并注入所述整流級電路；

所述逆變級電路的第一端與直流電壓母線的正、負極連接，第二端與負載連接，用于將所述直流電轉換為交流電；

輸入LC濾波器，包括濾波電感和濾波電容，所述濾波電感與所述三相輸入電源連接，所述濾波電容的兩端分別與所述三次諧波注入電路的第二端和所述逆變級電路的第一端連接，所述輸入LC濾波器用于濾波以及提供逆變級電路中逆變級的中性點。

優選地，所述整流級電路包括

第一橋臂，包括第一上橋臂開關和第一下橋臂開關；

第二橋臂，包括第二上橋臂開關和第二下橋臂開關；

第三橋臂，包括第三上橋臂開關和第三下橋臂開關；

其中，所述第一上橋臂開關、第二上橋臂開關以及第三上橋臂開關的第一極與直流母線正極連接，第二極依次與所述第一下橋臂開關、第二下橋臂開關以及第三下橋臂開關的第一極相連于第一節點、第二節點和第三節點，所述第一下橋臂開關、第二下橋臂開關以及第三下橋臂開關的第二極與直流母線負極連接。

優選地，所述三次諧波注入電路包括：

第一雙向開關、第二雙向開關、第三雙向開關、第一電感和第四橋臂；