網(wǎng)相連。
[0025] 本實(shí)施例中的中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器，由第一導(dǎo)通開(kāi)關(guān)、第二導(dǎo) 通開(kāi)關(guān)、第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)、第四導(dǎo)通開(kāi)關(guān)、橋臂電路、第一箝位開(kāi)關(guān)、第二箝位開(kāi)關(guān)構(gòu)成。其中 第一導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的正極作為相單元的正極，第一導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的負(fù)極與第二導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的正極及第 一箝位開(kāi)關(guān)的陽(yáng)極相連，第二導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的負(fù)極與橋臂電路的一個(gè)端點(diǎn)及第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的正 極相連，第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的負(fù)極與第四導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的正極及第二箝位開(kāi)關(guān)的陰極相連，第四導(dǎo) 通開(kāi)關(guān)的負(fù)極作為相單元的負(fù)極，第一箝位開(kāi)關(guān)的陰極與第二箝位開(kāi)關(guān)的陽(yáng)極相連，作為 相單元的中點(diǎn)。橋臂電路的另一個(gè)端點(diǎn)作為相單元的交流側(cè)端點(diǎn)。
[0026] 本實(shí)施例中的中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器的每個(gè)相單元中的導(dǎo)通開(kāi) 關(guān)，由12個(gè)額定電壓1. 7kV的含有反并聯(lián)二極管的IGBT串聯(lián)構(gòu)成，其中第一個(gè)IGBT的集 電極作為導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的正極，最后一個(gè)IGBT的發(fā)射極作為導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的負(fù)極。
[0027] 本實(shí)施例中的中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器的每個(gè)相單元中的箝位開(kāi) 關(guān)，由12個(gè)額定電壓1. 7V的二極管串聯(lián)構(gòu)成，其中第一個(gè)二極管的陽(yáng)極作為箝位開(kāi)關(guān)的陽(yáng) 極，最后一個(gè)二極管的陰極作為箝位二極管的陰極。
[0028] 本實(shí)施例中的中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器的每個(gè)相單元中的橋臂，由 10個(gè)H橋子模塊串聯(lián)構(gòu)成。
[0029] 本發(fā)明提出的中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器，其每個(gè)相單元的導(dǎo)通開(kāi)關(guān) 存在正電平、零點(diǎn)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(kāi)關(guān)和第二導(dǎo)通 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)和第四導(dǎo)通開(kāi)關(guān)關(guān)斷；零點(diǎn)平狀態(tài)是指第一導(dǎo)通開(kāi)關(guān)和第四導(dǎo)通 開(kāi)關(guān)關(guān)斷，第二導(dǎo)通開(kāi)關(guān)和第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；負(fù)電平狀態(tài)是指第一導(dǎo)通開(kāi)關(guān)和第二導(dǎo)通 開(kāi)關(guān)關(guān)斷，第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)和第四導(dǎo)通開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。本實(shí)施例中導(dǎo)通開(kāi)關(guān)采用基波調(diào)制方法， 各導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率為50Hz，其每個(gè)相單元的橋臂電路的調(diào)制方法采用最近電平逼近方 法，電容均壓方法采用開(kāi)環(huán)排序法。
[0030] 在本實(shí)施例中，t= 0. 3s前變流器正常工作，t= 0. 3s時(shí)直流側(cè)發(fā)生雙極短路 故障，變流器在檢測(cè)到直流電流絕對(duì)值大于lkA時(shí)切換到故障閉鎖模式，在t= 0. 4s時(shí)變 流器切換至故障無(wú)功補(bǔ)償模式，本實(shí)施例中多電平變流器的輸出功率、網(wǎng)側(cè)電流、子模塊電 容電壓、直流母線(xiàn)電壓、直流側(cè)電流和直流電容器電壓的波形如圖5 (a)、5 (b)、5 (c)、5 (d)、 5(e)和5(f)所示。從圖5可見(jiàn)，本發(fā)明提出的中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器能夠 實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的四象限控制，網(wǎng)側(cè)電流諧波特性好，并能維持子模塊電容和直流電容的電壓 穩(wěn)定，可長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)交、直流變換及能量的傳輸；在直流短路故障后，變流器可以防 止交流電網(wǎng)經(jīng)直流故障回路形成三相短路，從而可以閉鎖直流故障，保存橋臂子模塊中電 容的能量，且可運(yùn)行為靜止同步補(bǔ)償裝置，在直流雙極故障情況下仍然為電網(wǎng)提供無(wú)功支 撐。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器，其特征在于該多電平變流器，包括第 一相單元、第二相單元、第三相單元、第一交流電抗器L a、第二交流電抗器Lb、第三交流電抗 器L。、第一直流電容器C1和第二直流電容器C 2;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(xiàn)，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(diǎn)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(xiàn)； 所述的第一相單元、第二相單元和第三相單元的正極同時(shí)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(shí)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(diǎn)同時(shí)與多電平變流器的公共中點(diǎn)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(diǎn)A。、B。和C。分別通過(guò)所述的第一交流電抗器L a、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； 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(kāi)關(guān) S1、第二導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S2、第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S3、第四導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S4、橋臂電路、第一箝位開(kāi)關(guān)D 1和第二 箝位開(kāi)關(guān)D2構(gòu)成；所述的第一導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S i的正極作為相單元的正極，第一導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S i的負(fù) 極同時(shí)與第二導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S2的正極和第一箝位開(kāi)關(guān)D i的陽(yáng)極相連，第二導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S 2的負(fù)極 同時(shí)與所述的橋臂電路的一個(gè)端點(diǎn)和第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S3的正極相連，第三導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S 3的負(fù)極 同時(shí)與第四導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S4的正極和第二箝位開(kāi)關(guān)D 2的陰極相連，第四導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S 4的負(fù)極作 為相單元的負(fù)極，第一箝位開(kāi)關(guān)D1的陰極與第二箝位開(kāi)關(guān)D 2的陽(yáng)極相連，作為相單元的中 點(diǎn)，橋臂電路的另一個(gè)端點(diǎn)作為相單元的交流側(cè)端點(diǎn)。2. 如權(quán)利要求1所述的多電平變流器，其特征在于所述的相單元中的導(dǎo)通開(kāi)關(guān)，由多 個(gè)含有反并聯(lián)二極管的全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串聯(lián)而成，串聯(lián)的多個(gè)全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中，第一個(gè) 全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極作為導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的正極，最后一個(gè)全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)射極作為導(dǎo) 通開(kāi)關(guān)的負(fù)極；全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的個(gè)數(shù)為U dc/ (2U。)，其中Ud。為多電平變流器的直流母線(xiàn)額 定電壓，U。為每個(gè)全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的額定電壓。3. 如權(quán)利要求1所述的多電平變流器，其特征在于所述的相單元中的箝位開(kāi)關(guān)，由多 個(gè)二極管串聯(lián)構(gòu)成，多個(gè)串聯(lián)的二極管中，第一個(gè)二極管的陽(yáng)極作為箝位開(kāi)關(guān)的陽(yáng)極，最后 一個(gè)二極管的陰極作為箝位二極管的陰極，二極管的個(gè)數(shù)為U dc/ (2U J，其中Ud。為多電平變 流器的直流母線(xiàn)額定電壓，Ued每個(gè)二極管的額定電壓。4. 如權(quán)利要求1所述的多電平變流器，其特征在于所述的相單元中的橋臂電路，由多 個(gè)H橋子模塊串聯(lián)而成，每個(gè)H橋子模塊包括一個(gè)直流電容器、第一全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第二 全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第三全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第四全控半導(dǎo)體開(kāi)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(kāi)關(guān)、第二全控半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)、第三全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和第四全控半導(dǎo)體開(kāi)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(kāi)關(guān)、第二全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第三全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和第四全控半導(dǎo)體開(kāi)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(yáng)極相 連，所述的第一全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極同時(shí)與第四全控半導(dǎo)體開(kāi)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(kāi)關(guān)的發(fā)射極與第二全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的集電極相 連，作為H橋子模塊的一個(gè)端點(diǎn)；所述的第二全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)射極同時(shí)與第三全控半 導(dǎo)體開(kāi)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(kāi)關(guān)的集電極與第 四全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)射極相連，作為H橋子模塊的另一個(gè)端點(diǎn)；當(dāng)多電平變流器不需要 具備直流故障穿越能力時(shí)，每個(gè)橋臂電路中串聯(lián)的H橋子模塊個(gè)數(shù)大于或等于Udc/(4UM)， 當(dāng)多電平變流器需要具備直流故障穿越能力時(shí)，每個(gè)橋臂電路中串聯(lián)的H橋子模塊個(gè)數(shù)大 于或等于/,.)/(4以其中Ud。為多電平變流器的直流母線(xiàn)額定電壓，Uan為每個(gè)子模塊 電容的額定電壓。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器，屬于電力電子技術(shù)和電力輸配電領(lǐng)域。本發(fā)明提出的中點(diǎn)箝位型級(jí)聯(lián)H橋混合多電平變流器，結(jié)合了中點(diǎn)箝位型變流器與模塊化多電平變流器的特點(diǎn)，由三個(gè)相單元、三個(gè)交流電抗器以及第一直流電容器、第二直流電容器構(gòu)成，利用級(jí)聯(lián)的全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和級(jí)聯(lián)的H橋?qū)崿F(xiàn)寬范圍的高壓大功率交、直流變換。與已有各種多電平變流器相比，本發(fā)明提出的中點(diǎn)箝位型多電平變流器可具備穿越直流短路故障的能力，所需的全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和電容數(shù)均較少，同時(shí)由級(jí)聯(lián)的全控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)構(gòu)成的導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損耗均較低，因而可為高壓直流輸電、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域提供更低成本的解決方案。
【IPC分類(lèi)】H02M7/25
【公開(kāi)號(hào)】CN104883084
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510276068
【發(fā)明人】于心宇, 魏應(yīng)冬, 姜齊榮
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日