[发明专利]一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC(交流-直流-交流)变换电路。

背景技术

多电平变换器自诞生以来，就以其优良的升压扩容和功率处理能力，高调地赢得工业界和学术界的共同瞩目。与其他变换器相比，多电平变换器能通过采用多个低电压器件实现更高的直流电压输出，同时避免了器件串联所带来的动态均压问题。同时，多电平变换器还具有输出电压波形质量高、谐波小、开关器件耐压低等众多优点，因此多电平AC-DC、DC-AC及AC-DC-AC等变换电路在电力系统中的静止无功补偿器和电力有源滤波器，工业自动化中的高性能高压变频传动系统等场合已获得相当广泛的应用。

特别是针对近些年来政府所大力倡导和扶持的新能源(如风能等)发电并网技术以及用于不同分布式发电系统的电网络互联技术中，背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路因其易于实现无功功率和有功功率双向流动控制而在该领域获得了大规模的应用。例如在直驱型风力发电系统中，二极管箝位电压型背靠背式三电平AC/DC/AC变换器可实现对公共电网的无冲击、无污染效果。然而随着业内对功率等级和电压等级要求的不断提高，传统的背靠背式三电平变换器已经无法在保证系统可靠性和优质谐波输出特性的前提下承担如此高负荷。例如，业内常用一种相对简单的方法即保持三电平电路结构不变而采用功率器件的串并联技术，这种方法看似简单，但由于功率器件参数的离散性，需要复杂的动静态均压和均流电路，使得系统控制复杂，损耗增加，可靠性降低，甚至会影响谐波输出特性。因而加快对大功率高电压领域可替代电路形式的研发已迫在眉睫。

发明内容

本发明提供了一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，克服了现有变换电路在承受大功率高电压负荷时，无法保证系统可靠性和优质谐波输出特性的缺陷，控制灵活，损耗较低，性能高效。

一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路包括两组多电平变换电路和一条连接两组多电平变换电路的直流母线电容链路。

所述的直流母线电容链路包括(n-3)个直流母线电容，其由第一直流母线电容至第(n-3)直流母线电容依次串联而成，一个直流母线电容的负极与另一个直流母线电容的正极相连；所述的直流母线电容链路包括两个悬空端和(n-4)个连接端，每一端为一个节点，共(n-2)个节点，第一直流母线电容的悬空端为所述的直流母线电容链路的第1节点，依次至第(n-3)直流母线电容的悬空端为所述的直流母线电容链路的第(n-2)节点，n为电平数，且n为大于等于4的自然数。

所述的多电平变换电路包括一条箝位电容链路，一条箝位开关管链路，一条功率开关管链路和(n-3)条箝位二极管链路。

所述的箝位电容链路包括(n-2)个箝位电容，其由第一箝位电容至第(n-2)箝位电容依次串联而成，一个箝位电容的负极与另一个箝位电容的正极相连；所述的箝位电容链路包括两个悬空端和(n-3)个连接端，每一端为一个节点，共(n-1)个节点，第一箝位电容的悬空端为所述的箝位电容链路的第1节点，依次至第(n-2)箝位电容的悬空端为所述的箝位电容链路的第(n-1)节点。

所述的箝位开关管链路包括(2n-4)个带有反并二极管的箝位开关管，其由第一带有反并二极管的箝位开关管至第(2n-4)带有反并二极管的箝位开关管依次串联而成，一个带有反并二极管的箝位开关管的发射极与另一个带有反并二极管的箝位开关管的集电极相连；所述的带有反并二极管的箝位开关管由一个开关管与一个二极管并联构成，所述的开关管的集电极与所述的二极管的负极相连，所述的开关管的发射极与所述的二极管的正极相连，所述的开关管的门极、集电极和发射极分别为所述的带有反并二极管的箝位开关管的门极、集电极和发射极；所述的箝位开关管链路包括两个悬空端和(2n-5)个连接端，每一端为一个节点，共(2n-3)个节点，第一带有反并二极管的箝位开关管的悬空端为所述的箝位开关管链路的第1节点，依次至第(2n-4)带有反并二极管的箝位开关管的悬空端为所述的箝位开关管链路的第(2n-3)节点，共(n-1)个奇数号节点和(n-2)个偶数号节点。