[發(fā)明專利]一種五電平混合中點(diǎn)鉗位變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010024235.X
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN111064378B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫麗敬;吳鳴;宋振浩;呂志鵬;劉國宇;李彬彬;藺圣杰;于輝;季宇;劉曉娟;原熙博;魏琛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院有限公司;國家電網(wǎng)有限公司;國網(wǎng)上海能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487;H02M7/5387
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種五電平混合中點(diǎn)鉗位變換器，其特征在于，包括并聯(lián)于正極直流母線和負(fù)極直流母線之間三個(gè)橋臂單元，每個(gè)橋臂單元包括八個(gè)開關(guān)管、三個(gè)飛跨電容和六個(gè)鉗位二極管；

所述八個(gè)開關(guān)管依次順向串聯(lián)，構(gòu)成開關(guān)管支路；所述三個(gè)飛跨電容依次順向串聯(lián)，構(gòu)成電容支路，所述電容支路與開關(guān)管支路連接；其中三個(gè)鉗位二極管依次順向串聯(lián)，構(gòu)成第一二極管支路，所述第一二極管支路與開關(guān)管支路連接，其余三個(gè)鉗位二極管依次順向串聯(lián)，構(gòu)成第二二極管支路，所述第二二極管支路均與開關(guān)管支路連接；

所述變換器包括以下工作模式：

第一種工作模式：第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均關(guān)斷，所述變換器輸出電平數(shù)為4，其輸出電壓為直流母線電壓；

第二種工作模式：第一開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4和第五開關(guān)管S5均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均關(guān)斷，所述變換器輸出電平數(shù)為3，其輸出電壓為直流母線電壓的75％；

第三種工作模式：第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4和第八開關(guān)管S8均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均關(guān)斷，所述變換器輸出電平數(shù)為3，其輸出電壓為直流母線電壓的75％；

第四種工作模式：第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5和第六開關(guān)管S6均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均關(guān)斷，所述變換器輸出電平數(shù)為2，其輸出電壓為直流母線電壓的50％；

第五種工作模式：第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5和第八開關(guān)管S8均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均關(guān)斷，所述變換器輸出電平數(shù)為2，其輸出電壓為直流母線電壓的50％；

第六種工作模式：第一開關(guān)管S1、第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6和第七開關(guān)管S7均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均關(guān)斷，所述變換器輸出電平數(shù)為1，其輸出電壓為直流母線電壓的25％；

第七種工作模式：第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6和第八開關(guān)管S8均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均關(guān)斷，所述變換器輸出電平數(shù)為1，其輸出電壓為直流母線電壓的25％；

第八種工作模式：第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第七開關(guān)管S7和第八開關(guān)管S8均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均關(guān)斷，所述變換器輸出電平數(shù)為0，其輸出電壓為直流母線電壓的0；

第一開關(guān)管S1的漏極與正極直流母線連接，第八開關(guān)管S8的源極與負(fù)極直流母線連接；

第一飛跨電容C1的正極與第一開關(guān)管S1的源極和第二開關(guān)管S2的漏極之間的中點(diǎn)連接，第三飛跨電容C3的負(fù)極與第七開關(guān)管S7的源極和第八開關(guān)管S8的漏極之間的中點(diǎn)連接；

所述第一二極管支路中的第一鉗位二極管D1的陰極與第二開關(guān)管S2的源極和第三開關(guān)管S3的漏極的中點(diǎn)連接，所述第一二極管支路中的第三鉗位二極管D3的陽極與第五開關(guān)管S5的源極和第六開關(guān)管S6的漏極的中點(diǎn)連接；所述第二二極管支路中的第一鉗位二極管D4的陰極與第三開關(guān)管S3的源極和第四開關(guān)管S4的漏極的中點(diǎn)連接，所述第二二極管支路中的第三鉗位二極管D6的陽極與第六開關(guān)管S6的源極和第七開關(guān)管S7的漏極的中點(diǎn)連接；

所述第一飛跨電容C1和第二飛跨電容C2的中點(diǎn)與第一二極管支路中的第一鉗位二極管D1和第二鉗位二極管D2的中點(diǎn)連接，所述第二飛跨電容C2和第三飛跨電容C3的中點(diǎn)與第二二極管支路中的第二鉗位二極管D5和第三鉗位二極管D6的中點(diǎn)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平混合中點(diǎn)鉗位變換器，其特征在于，每個(gè)橋臂單元還包括八個(gè)體二極管，所述體二極管與開關(guān)管反并聯(lián)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平混合中點(diǎn)鉗位變換器，其特征在于，所述開關(guān)管為MOSFET或IGBT。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平混合中點(diǎn)鉗位變換器，其特征在于，所述第四開關(guān)管S4的源極和第五開關(guān)管S5的漏極之間設(shè)有連接負(fù)載的輸出端。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平混合中點(diǎn)鉗位變換器，其特征在于，

在第一種工作模式下：若電流大于0，電流依次通過第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4流出所述變換器，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的變換，若電流小于0，電流依次通過第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4各自反并聯(lián)的體二極管流入所述變換器，實(shí)現(xiàn)從交流到直流的變換；

所述第二種工作模式下：若電流大于0，電流依次通過第一開關(guān)管S1、第一飛跨電容C1、第一二極管支路的第一鉗位二極管D1、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4流出所述變換器，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的變換，若電流小于0，電流依次通過第五開關(guān)管S5、第一二極管支路的第三鉗位二極管D3、第一二極管支路的第二鉗位二極管D2、第一飛跨電容C1和第一開關(guān)管S1反并聯(lián)的體二極管流入所述變換器，實(shí)現(xiàn)從交流到直流的變換；

所述第三種工作模式下：若電流大于0，電流依次通過第八開關(guān)管S8反并聯(lián)的體二極管、第三飛跨電容C3、第二飛跨電容C2、第一飛跨電容C1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4流出所述變換器，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的變換，若電流小于0，電流依次通過第四開關(guān)管S4反并聯(lián)的體二極管、第三開關(guān)管S3反并聯(lián)的體二極管、第二開關(guān)管S2反并聯(lián)的體二極管、第一飛跨電容C1、第二飛跨電容C2、第三飛跨電容C3和第八開關(guān)管S8流入所述變換器，實(shí)現(xiàn)從交流到直流的變換；

所述第四種工作模式下：若電流大于0，電流依次通過第一開關(guān)管S1、第一飛跨電容C1、第二飛跨電容C2、第二二極管支路的第二鉗位二極管D5、第二二極管支路的第一鉗位二極管D4和第四開關(guān)管S4流出所述變換器，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的變換，若電流小于0，電流依次通過第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第二二極管支路的第三鉗位二極管D6、第二飛跨電容C2、第一飛跨電容C1和第一開關(guān)管S1反并聯(lián)的體二極管流入所述變換器，實(shí)現(xiàn)從交流到直流的變換；

所述第五種工作模式下：若電流大于0，電流依次通過第八開關(guān)管S8反并聯(lián)的體二極管、第三飛跨電容C3、第二飛跨電容C2、第一二極管支路的第一鉗位二極管D1、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4流出所述變換器，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的變換，若電流小于0，電流依次通過第五開關(guān)管S5、第一二極管支路的第三鉗位二極管D3、第一二極管支路的第二鉗位二極管D2、第二飛跨電容C2、第三飛跨電容C3和第八開關(guān)管S8流入所述變換器，實(shí)現(xiàn)從交流到直流的變換；

所述第六種工作模式下：若電流大于0，電流依次通過第一開關(guān)管S1、第一飛跨電容C1、第二飛跨電容C2、第三飛跨電容C3、第七開關(guān)管S7反并聯(lián)的體二極管、第六開關(guān)管S6反并聯(lián)的體二極管和第五開關(guān)管S5反并聯(lián)的體二極管流出所述變換器，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的變換，若電流小于0，電流依次通過第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第七開關(guān)管S7、第三飛跨電容C3、第二飛跨電容C2、第一飛跨電容C1和第一開關(guān)管S1反并聯(lián)的體二極管流入所述變換器，實(shí)現(xiàn)從交流到直流的變換；

所述第七種工作模式下：若電流大于0，電流依次通過第八開關(guān)管S8反并聯(lián)的體二極管、第三飛跨電容C3、第二二極管支路的第二鉗位二極管D5、第二二極管支路的第一鉗位二極管D4和第四開關(guān)管S4流出所述變換器，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的變換，若電流小于0，電流依次通過第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第二二極管支路的第三鉗位二極管D6、第三飛跨電容C3和第八開關(guān)管S8流入所述變換器，實(shí)現(xiàn)從交流到直流的變換；

所述第八種工作模式下：若電流大于0，電流依次通過第八開關(guān)管S8、第七開關(guān)管S7、第六開關(guān)管S6和第五開關(guān)管S5各自反并聯(lián)的體二極管流出所述變換器，實(shí)現(xiàn)從直流到交流的變換，若電流小于0，電流依次通過第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第七開關(guān)管S7和第八開關(guān)管S8流入所述變換器，實(shí)現(xiàn)從交流到直流的變換。