電平變流器不需要具備直流故障穿越能力時，每個橋臂 電路中串聯(lián)的H橋子模塊個數(shù)大于或等于Udy(4U")，當(dāng)多電平變流器需要具備直流故障穿 越能力時，每個橋臂電路中串聯(lián)的H橋子模塊個數(shù)大于或等于(力14.)/(4認(rèn)"〇,其中Ud。為多 電平變流器的直流母線額定電壓，為每個子模塊電容的額定電壓。
[0010] 本發(fā)明提出一種新型的中點箝位型級聯(lián)H橋混合多電平變流器（以下簡稱NHMC)， 其優(yōu)點是：與HCHMI相比，本發(fā)明提出的變流器采用多個IGBT或其他全控半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián) 作為導(dǎo)通開關(guān)，級聯(lián)的H橋個數(shù)也不限于2個，因此可以擴展應(yīng)用于高壓輸電領(lǐng)域；與HCMC 相比，本發(fā)明提出的新型多電平變流器中的每個導(dǎo)通開關(guān)所串聯(lián)的IGBT個數(shù)是HCMC的一 半，動態(tài)均壓難度相對較低，且每周期導(dǎo)通開關(guān)只需開通和關(guān)斷一次，導(dǎo)通開關(guān)的開關(guān)頻率 僅為HCMC的1/3,導(dǎo)通開關(guān)的開關(guān)損耗也近似為HCMC的1/3,因此能量轉(zhuǎn)換效率更高；在不 需要考慮直流故障閉鎖或穿越能力的場合下，如背靠背直流輸電、海底電纜直流輸電等時， 本發(fā)明提出的NHMC所需的IGBT數(shù)較半橋模塊化多電平變流器、HCMC及AAC均更少，因而 在IGBT和電容的成本上均小于上述三種多電平變流器；在需要考慮直流故障穿越能力的 場合下，如遠(yuǎn)距離架空線輸電時，本發(fā)明提出的NHMC所需的IGBT數(shù)仍較H橋MMC及AAC更 少，因而具有更小的成本和體積。綜合以上，本發(fā)明提出的NHMC能夠為高壓輸電領(lǐng)域提供 一種成本更少、體積更小、損耗更低的新型解決方案。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明提出的中點箝位型級聯(lián)H橋混合多電平變流器的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明提出的中點箝位型級聯(lián)H橋混合多電平變流器中的導(dǎo)通開關(guān)電路結(jié) 構(gòu)圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明提出的中點箝位型級聯(lián)H橋混合多電平變流器中的箝位開關(guān)電路結(jié) 構(gòu)圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明提出的中點箝位型級聯(lián)H橋混合多電平變流器中的橋臂電路結(jié)構(gòu) 圖。
[0015] 圖5為采用本發(fā)明提出的中點箝位型級聯(lián)H橋混合多電平變流器結(jié)構(gòu)的整流器的 工作效果示意圖，其中，圖5(a)為輸出功率的波形圖，圖5(b)網(wǎng)側(cè)電流、圖5(c)子模塊電 容電壓、圖5(d)直流母線電壓、圖5(e)直流側(cè)電流和圖5(f)直流電容器電壓的波形圖。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提出的中點箝位型級聯(lián)H橋混合多電平變流器，其電路原理圖如圖1所示， 包括第一相單元、第二相單元、第三相單元、第一交流電抗器La、第二交流電抗器Lb、第三交 流電抗器L。、第一直流電容器Q和第二直流電容器C2;所述的第一直流電容器的正極作為 多電平變流器的正極直流母線，第一直流電容器的負(fù)極與所述的第二直流電容器的正極相 連，作為多電平變流器的公共中點N，第二直流電容器的負(fù)極作為多電平變流器的負(fù)極直流 母線；所述的第一相單元、第二相單元和第三相單元的正極同時與第一直流電容器的正極 相連，第一相單元、第二相單元和第三相單元的負(fù)極同時與第二直流電容器的負(fù)極相連，第 一相單元、第二相單元和第三相單元的中點同時與多電平變流器的公共中點相連，第一相 單元、第二相單元和第三相單元的交流側(cè)端點A。、B。和C。分別通過所述的第一交流電抗器 La、第二交流電抗器Lb和第三交流電抗器L。與交流電網(wǎng)相連；
[0017]所述的第一相單元、第二相單元和第三相單元的電路原理圖相同，均由第一導(dǎo)通 開關(guān)Si、第二導(dǎo)通開關(guān)S2、第三導(dǎo)通開關(guān)S3、第四導(dǎo)通開關(guān)S4、橋臂電路、第一箝位開關(guān)DJP 第二箝位開關(guān)D2構(gòu)成；所述的第一導(dǎo)通開關(guān)Si的正極作為相單元的正極，第一導(dǎo)通開關(guān)Si 的負(fù)極同時與第二導(dǎo)通開關(guān)S2的正極和第一箝位開關(guān)Di的陽極相連，第二導(dǎo)通開關(guān)S2的 負(fù)極同時與所述的橋臂電路的一個端點和第三導(dǎo)通開關(guān)S3的正極相連，第三導(dǎo)通開關(guān)S3的 負(fù)極同時與第四導(dǎo)通開關(guān)S4的正極和第二箝位開關(guān)D2的陰極相連，第四導(dǎo)通開關(guān)S4的負(fù) 極作為相單元的負(fù)極，第一箝位開關(guān)〇:的陰極與第二箝位開關(guān)0 2的陽極相連，作為相單元 的中點，橋臂電路的另一個端點作為相單元的交流側(cè)端點。
[0018] 上述多電平變流器相單元中的導(dǎo)通開關(guān)，由多個含有反并聯(lián)二極管的全控半導(dǎo)體 開關(guān)（例如絕緣柵雙極性晶體管）串聯(lián)而成，串聯(lián)的多個全控半導(dǎo)體開關(guān)中，第一個全控 半導(dǎo)體開關(guān)的集電極作為導(dǎo)通開關(guān)的正極，最后一個全控半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極作為導(dǎo)通開 關(guān)的負(fù)極；全控半導(dǎo)體開關(guān)的個數(shù)為Udc/(2U。)，其中ud。為多電平變流器的直流母線額定電 壓，U。為每個全控半導(dǎo)體開關(guān)的額定電壓。導(dǎo)通開關(guān)的電路原理圖如圖2所示。其每個相 單元的導(dǎo)通開關(guān)存在正電平、零電平、負(fù)電平三種調(diào)制狀態(tài)，其中正電平狀態(tài)是指第一導(dǎo)通 開關(guān)和第二導(dǎo)通開關(guān)導(dǎo)通，第三導(dǎo)通開關(guān)和第四導(dǎo)通開關(guān)關(guān)斷；零電平狀態(tài)是指第一導(dǎo)通 開關(guān)和第四導(dǎo)通開關(guān)關(guān)斷，第二導(dǎo)通開關(guān)和第三導(dǎo)通開關(guān)導(dǎo)通；負(fù)電平狀態(tài)是指第一導(dǎo)通 開關(guān)和第二導(dǎo)通開關(guān)關(guān)斷，第三導(dǎo)通開關(guān)和第四導(dǎo)通開關(guān)導(dǎo)通。導(dǎo)通開關(guān)的調(diào)制方法可以 采用包括但不限于基波調(diào)制方法、特定諧波消除方法、載波調(diào)制方法等調(diào)制方法，各導(dǎo)通開 關(guān)的開關(guān)頻率在50Hz~2kHz之間。
[0019] 上述多電平變流器相單元中的箝位開關(guān)，由多個二極管串聯(lián)構(gòu)成，多個串聯(lián)的二 極管中，第一個二極管的陽極作為箝位開關(guān)的陽極，最后一個二極管的陰極作為箝位二極 管的陰極，二極管的個數(shù)為udy(2uj，其中ud。為多電平變流器的直流母線額定電壓，u。，每 個二極管的額定電壓。箝位開關(guān)的電路原理圖如圖3所示。
[0020] 上述多電平變流器的相單元中的橋臂電路，由多個H橋子模塊串聯(lián)而成，每個H橋 子模塊包括一個直流電容器、第一全控半導(dǎo)體開關(guān)、第二全控半導(dǎo)體開關(guān)、第三全控半導(dǎo)體 開關(guān)、第四全控半導(dǎo)體開關(guān)、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管和第四續(xù) 流二極管，所述的第一全控半導(dǎo)體開關(guān)、第二全控半導(dǎo)體開關(guān)、第三全控半導(dǎo)體開關(guān)和第四 全控半導(dǎo)體開關(guān)的集電極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極 管和第四續(xù)流二極管的陰極相連，所述的第一全控半導(dǎo)體開關(guān)、第二全控半導(dǎo)體開關(guān)、第三 全控半導(dǎo)體開關(guān)和第四全控半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流 二極管、第三續(xù)流二極管和第四續(xù)流二極管的陽極相連，所述的第一全控半導(dǎo)體開關(guān)的集 電極同時與第四全控半導(dǎo)體開關(guān)的集電極和直流電容器的正極端相連，所述的第一全控半 導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第二全控半導(dǎo)體開關(guān)的集電極相連，作為H橋子模塊的一個端點；所 述的第二全控半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極同時與第三全控半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極和直流電容器的 負(fù)極端相連，所述的第三全控半導(dǎo)體開關(guān)的集電極與第四全控半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極相連， 作為新型箝位子模塊的另一個端點；橋臂電路的電路原理圖如圖4所示。當(dāng)多電平變流器 不需要具備直流故障穿越能力時，每個橋臂電路中串聯(lián)的H橋子模塊個數(shù)大于或等于Ud。/ (4U")，當(dāng)多電平變流器需要具備直流故障穿越能力時，每個橋臂電路中串聯(lián)的H橋子模塊 個數(shù)大于或等于(^^:/,.)/(祀.,,,)，其中仏。為多電平變流器的直流母線額定電壓，1為每個子 模塊電容的額定電壓。橋臂電路的調(diào)制方法可以采用包括但不限于最近電平逼近方法、載 波調(diào)制方法等調(diào)制方法，電容均壓方法可以采用包括但不限于開環(huán)排序法、閉環(huán)控制法等 均壓方法。
[0021] 下面以25電平中點箝位型橋臂交替導(dǎo)通多電平整流器為例介紹本發(fā)明方法的一 個實施例。
[0022] 該實施例中25電平中點箝位型橋臂交替導(dǎo)通多電平整流器的參數(shù)見下表。
[0023]
[0024] 本實施例中的中點箝位型級聯(lián)H橋混合多電平變流器，由三個相單元、三個交流 電抗器以及第一直流電容器、第二直流電容器構(gòu)成。其中，第一直流電容器的正極與正極直 流母線相連，第一直流電容器的負(fù)極與第二直流電容器的正極相連，作為變流器的公共中 點，第二直流電容器的負(fù)極與負(fù)極直流母線相連。三個相單元的正極分別與第一直流電容 器的正極相連，三個相單元的負(fù)極分別與第二直流電容器的負(fù)極相連，三個相單元的中點 分別與變流器的公共中點相連，三個相單元的交流側(cè)端點分別經(jīng)三個交流電抗器與交流電