[發明專利]一種具有類三電平輸出的直流—直流模塊化多電平變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 201811181014.2
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109302058A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 魯思兆;鄧曉婷;魏小超
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種具有類三電平輸出的直流—直流模塊化多電平變換器，屬于電力電子變換器技術領域。本發明包括四個橋臂，從上到下依次是橋臂1，橋臂2，橋臂3，橋臂4，每個橋臂內部結構相同，均由N個半橋子模塊串聯得到；半橋子模塊的個數由輸入的直流電壓及采用的開關器件的耐壓等級決定；橋臂2的負極性端和橋臂3的正極性端分別與緩沖電感相連接；輸出端口的正極性端從橋臂1與橋臂2的中點引出，負極性端從橋臂3與橋臂4的中點引出。本發明提出的類三電平拓撲的輸入、輸出電壓紋波小。在相同的功率器件開關頻率和電流紋波下，本發明拓撲的電感值僅為類兩電平拓撲的四分之一，由此大大降低了電感體積，可降低系統的體積和成本。

技術領域

本發明涉及一種具有類三電平輸出的直流—直流模塊化多電平變換器及其控制方法，尤其涉及一種用于高壓直流輸電的模塊化多電平變換器及其控制方法，屬于電力電子變換器技術領域。

背景技術

模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter, MMC）是由基本功率單元（子模塊）級聯組成的新型多電平變換器拓撲結構，它是由早期研究學者綜合了傳統多電平變換器及其改進拓撲的優點之后，提出的一種具有顯著優勢的多電平變換器拓撲，因其特有的優勢，如模塊化易擴展、可靠性較高、具有公共直流母線、傳輸容量較大、輸出電壓諧波小等，在高壓直流輸電場合具有很好的應用效果。但MMC的最大缺點是傳輸的能量分布存儲在各子模塊的電容中，因此傳統模塊化多電平變換器需采用較大的電容，這間接的增大了變換器的體積和成本。此外，串聯在同一橋臂中的子模塊被旁路或接入時，易引起電容電壓的不平衡。現有的類兩電平輸出的MMC，能較好的解決上述傳統模塊化多電平變換器的缺陷：一方面，類兩電平輸出的MMC的子模塊電容不承擔能量存儲的作用，僅在高低電平過渡，導通關斷的橋臂切換時，才有電流流經子模塊電容，故降低了MMC所需的電容，同時降低了相應的體積和成本；另一方面，類兩電平輸出的MMC可采用排序法實現電容電壓的平衡。現有的類兩電平輸出的MMC的基本結構如圖1所示，主要分為上橋臂和下橋臂兩部分，每個橋臂由N個半橋子模塊串聯得到，上橋臂和下橋臂之間通常串接緩沖電感防止橋臂在開關過程中發生橋臂直通，導致較大的橋臂電流，輸出端口的正極性端從上述緩沖電感的中點引出，負極性端從下橋臂的負極性端引出。

然而，現有的基于類兩電平輸出的MMC拓撲，存在以下缺點：一方面是輸出電壓僅為兩電平，輸出的諧波較大；另一方面是需要較大的輸出濾波電感和電容，進而在一定程度上影響了MMC的體積和成本的降低。

發明內容

本發明的目的是針對背景技術中所述的類兩電平輸出的MMC輸出諧波較大，所需輸出濾波電感和電容值較高，未能實現體積和成本最優等問題，提出了一種類三電平輸出的直流-直流模塊化多電平變換器拓撲及其控制方法。

本發明技術方案是：一種具有類三電平輸出的直流—直流模塊化多電平變換器，包括四個橋臂，從上到下依次是橋臂1，橋臂2，橋臂3，橋臂4，每個橋臂內部結構相同，均由N個半橋子模塊串聯得到；半橋子模塊的個數由輸入的直流電壓及采用的開關器件的耐壓等級決定。

所述橋臂2與橋臂3間通過兩個緩沖電感連接，用于防止開關切換過程中發生橋臂直通，導致較大的橋臂電流，具體的為橋臂2的負極性端和橋臂3的正極性端分別與緩沖電感相連接。

取電源V_dc的中點為電壓參考點，參考點與上述的兩個緩沖電感中點相連接。

輸出端口的正極性端從橋臂1與橋臂2的中點引出，負極性端從橋臂3與橋臂4的中點引出。