[發(fā)明專利]基于耦合電感雙降壓型子模塊的模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910262851.6
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN110247573B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫毅超;呂丹;丁楠木;王琦
• 申請（專利權(quán)）人: 南京師范大學(xué)
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M7/483;H02M1/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李瓊

本發(fā)明公開了一種基于耦合電感雙降壓型子模塊的模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的上下橋臂各自包括N個能輸出三電平的耦合電感雙降壓型子模塊，避免了傳統(tǒng)半橋子模塊的橋臂直通和死區(qū)導(dǎo)致的輸出電壓畸變，有效提高了變換器的輸出電能質(zhì)量和功率密度。在單相拓?fù)渲校舷聵虮鄣倪h(yuǎn)端作為變換器的公共直流端；上下橋臂各自的子模塊經(jīng)串聯(lián)和耦合電感相連，其中點引出接外部交流系統(tǒng)。此外，在上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法中，電壓環(huán)用于調(diào)節(jié)共模電壓，電流環(huán)用于調(diào)節(jié)共模和差模電流，另附加用于控制子模塊共模電流的電流環(huán)，以獲得一定的直流偏置，使子模塊保持電流連續(xù)工況，提高了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)性能并保證其安全、可靠運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高壓大功率電力電子技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于耦合電感雙降壓型子模塊的模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)

模塊化多電平變換器具有公共直流接口，容錯能力強(qiáng)，輸出電壓逼近正弦波，實現(xiàn)能量的雙向流動和四象限運行等一系列優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)，靜止無功補(bǔ)償器，統(tǒng)一潮流控制器，中高壓電機(jī)驅(qū)動和有源濾波器等等一系列高壓大功率場合。

但是，傳統(tǒng)的模塊化多電平變換器以半橋結(jié)構(gòu)作為子模塊，具有橋臂直通的缺點，即當(dāng)橋臂上下兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通時，直流側(cè)電容器被短路，造成系統(tǒng)故障。為了克服上述缺點，需要引入死區(qū)，確保前一個開關(guān)完全關(guān)斷后再開通與其互補(bǔ)的開關(guān)，但是死區(qū)同時也帶來了窄脈沖，導(dǎo)致輸出交流電壓畸變，降低電能質(zhì)量，這種影響在開關(guān)頻率較高時尤為嚴(yán)重，因此需要進(jìn)一步改進(jìn)模塊化多電平拓?fù)鋪硪种扑绤^(qū)帶來的畸變問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問題，提供基于耦合電感雙降壓型子模塊的模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于耦合電感雙降壓型子模塊的模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：兩組完全相同的耦合電感雙降壓型子模塊和耦合電感；每組子模塊包括N個首尾相連的子模塊；第一組子模塊中第一個子模塊的首端與外部直流系統(tǒng)的正極相連，第二組子模塊中第N個子模塊的尾端與外部直流系統(tǒng)的負(fù)極相連；第一組子模塊中第N個子模塊的尾端經(jīng)由耦合電感與第二組子模塊中第一個子模塊的首端相連；耦合電感的中點與外部交流系統(tǒng)的正極相連；外部直流系統(tǒng)包括直流電壓源，直流電壓源在電壓中點處引出并與外部交流系統(tǒng)的負(fù)極相連；直流電壓源的電壓中點處和外部交流系統(tǒng)的負(fù)極接地；每一子模塊包括并聯(lián)電容、兩個絕緣柵雙極型晶體管IGBT、兩個續(xù)流二極管VD和一個子模塊耦合電感；每一子模塊的首尾端之間有三條并聯(lián)支路；并聯(lián)電容位于第一并聯(lián)支路中，第一IGBT和第一VD串聯(lián)形成第二并聯(lián)支路，第二IGBT和第二VD串聯(lián)形成第三并聯(lián)支路；第二和第三并聯(lián)支路相互反接且各自中點分別與子模塊耦合電感的兩端相連；子模塊的輸入端口跨接在首尾兩端，輸出端口跨接在子模塊耦合電感的中點和尾端。

進(jìn)一步地，外部交流系統(tǒng)包括交流電壓源和濾波電感。

進(jìn)一步地，外部直流系統(tǒng)中的直流電壓源通過共模電流向子模塊發(fā)出功率，外部交流系統(tǒng)通過差模電流吸收子模塊存儲的功率，實現(xiàn)能量的雙向流動；其中，共模電流只在變換器內(nèi)部或者外部直流系統(tǒng)側(cè)流動，而不流經(jīng)外部交流系統(tǒng)；差模電流的大小為外部交流系統(tǒng)側(cè)輸出電流的一半。

進(jìn)一步地，每一子模塊輸出0，U_dc/N，2U_dc/N三個電平，其中U_dc為外部直流系統(tǒng)中直流電壓源輸出電壓值的一半。

上述基于耦合電感雙降壓型子模塊的模塊化多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法包括如下步驟：