[发明专利]单相五电平功率变换器有效

专利信息
申请号: 201010295749.5 申请日: 2010-09-28
公开(公告)号: CN101944839A 公开(公告)日: 2011-01-12
发明(设计)人: 李子欣;李耀华;王平;刘丛伟;朱海滨;胜晓松;刘育红 申请(专利权)人: 中国科学院电工研究所
主分类号: H02M1/10 分类号: H02M1/10
代理公司: 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人: 关玲
地址: 100080 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 单相 电平 功率 变换器
【说明书】:

技术领域

本发明涉及多电平电力电子功率变换器,特别涉及一种单相五电平电压型功率变换器。

背景技术

为了提高电压耐受等级,减小输出电压的谐波含量,以及减小由于较高的dv/dt而造成的电磁干扰等目的,多电平电力电子功率变换器一直以来都获得了广泛的关注和研究,也产生了大量的实际应用装置。国内外相关的研究机构及研发企业和单位也提出了多种拓扑结构的多电平功率变换器。

然而,目前几乎所有的多电平电力电子功率变换器都是通过采用多个直流电源来实现输出电压的多个电平。例如,传统的级联H桥型多电平变换器需要采用多个独立的直流电源;而二极管箝位型多电平变换器和飞跨电容型多电平变换器均通过分裂电容来获得多个电平的直流电压,间接地得到了多个直流电源。在已有专利中,美国专利US6005788、US7219673、US20060044857和US20090237962以及中专利200610019724、200710062642、200520044611.2、200720083744.X、200810204472、200710064575.X、200710114460.7、200710144523.3、200810105139.7、200810118834.7、200810118835.1、200910045506.3等等均是采用了多个变压器获得独立直流电源或者通过分裂直流电容电压的方式来获得多个电平的输出电压。然而,采用多个变压器获得独立直流电源时会增加变换器的体积和重量;而采用分裂直流电容电压时又会带来直流电容电压均衡问题,且存在电力电子功率器件直流电压应力不同的缺点,降低了系统运行的可靠性。

发明内容

本发明旨在克服现有单相五电平功率变换器的缺点,减少直流电压环节,消除直流电容均压问题,在降低输出电压谐波含量的同时提高多电平功率变换器的运行可靠性。

本发明由一个传统的三相桥和两个耦合电感构成。三相桥的三个桥臂由电力电子功率器件构成。三相桥中的一个桥臂输出作为本发明单相五电平电压型功率变换器输出端的一个端子;三相桥中的另外两个桥臂输出端分别与两个耦合电感的两个非公共连接点相连,耦合电感的公共连接点作为本发明单相五电平电压型功率变换器输出端的另外一个端子。同时,两个耦合电感的连接方式为顺接连接,即两个耦合电感的公共连接点为一个耦合电感的同名端与另外一个耦合电感非同名端的公共连接点。

本发明单相五电平电压型功率变换器具有以下特点和优势:

1.只需要一个直流电源就可以产生五电平的输出电压,不存在直流电容均压问题,系统运行可靠性高。

2.每个电力电子功率器件的直流电压应力均相同,便于器件的设计和选择。

3.输出电压的最小电平值为直流电压的1/2,与单相全桥型功率变换器相比可以大大降低谐波含量和输出电压的dv/dt,也就可以降低系统运行时的电磁干扰。

4.只需要在常见的三相桥基础上加入两个耦合电感即可实现,结构简单,十分便于生产制造。

5.本发明配置灵活,适用范围广,既可以用于单相系统也可以用于三相系统,例如整流器、逆变器等。当模块进行级联时也可以应用于高压系统,例如高压直流输电、高压变频器等。

附图说明

图1为本发明单相五电平功率变换器的电路原理图;

图2为本发明单相五电平功率变换器输出电压uab和负载电流ib的仿真波形图;

图3为相应的u23的仿真计算波形图;

图4为相应的u23的频谱分析图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

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