[发明专利]一种混合多电平换流电路拓扑结构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交直流转换电路拓扑及其控制方法，特别涉及一种为高压大功率应用场合提供三相交流与直流转换的混合多电平换流电路拓扑结构及其控制方法。

背景技术

高压大功率换流技术的研究始于上世纪70年代，相继出现了功率器件的串并联技术、逆变器并联技术和变压器多重化技术、组合逆变器相移SPWM技术、这些技术虽然提高了换流技术的电压和功率等级，但多数在输出电压波形质量，可靠性，损耗等方面并没有达到让客户满意的程度。多电平变流电路拓扑技术是一种通过改进变流器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型逆变器，它具有采用低耐压器件实现高压大功率输出，无需动态均压电路，输出电平数增加，改善输出电压波形，开关损耗小，在相同直流母线电压条件下，较两电平逆变器，dv/dt应力大为减少等优势。1977年德国学者Holtz首次提出了三电平逆变拓扑，之后相继出现了二极管箝位多电平变流拓扑、飞跨电容多电平变流拓扑、级联型多电平变流拓扑。但他们都存在着各自的不足，例如多电平二极管箝位变流拓扑的电容均压问题，飞跨电容多电平变流拓扑采用过多的电容器件影响电路可靠性。级联型多电平变流拓扑无法共用直流母线，每个子单元需要单独配置直流电源，增加了系统成本等缺点。随着电力电子技术的飞速发展，近年来各种新型多电平变流拓扑和新型电力电子器件相继出现。使得高压大功率应用选择更加多重化。例如西门子公司提出的模块化组合多电平变流技术(MMC)，该结构每相由上下两个桥臂组成，每个桥臂由n个半桥或全桥子单元级联然后一个电感串联构成，通过控制IGBT的导通与关断，控制每个功率单元在桥臂中投入或切除。单相桥臂输出电压等于正直流母线电压减去上桥臂级联功率单元输出电压，同时也等于负直流母线电压加上下桥臂级联功率单元输出电压。虽然这种结构通过模块化设计使系统具有高冗余性，高可靠性，但是这种结构输出同样电压等级的交流电压需要提供的直流电压为交流电压峰峰值，导致直流母线电压等级依然太高，需要级联子单元数目太多，从而导致整个系统开关管损耗之和较大，控制复杂，系统成本增加。

发明内容

本发明的目的是克服现有变流拓扑所需直流母线电压等级高、器件数目多、系统损耗大、控制复杂、系统成本高等缺点，立足于混合多电平技术，提出了一种三相可共用直流母线，适用于back-to-back结构的新型高压大功率变流拓扑结构及其控制方法。本发明装置与传统的三相变流器相比，在输出同等电压等级三相交流电的前提下，能够有效降低直流母线电压等级，减少元件的数量，降低变流器损耗与制造成本，简化变流器结构和控制方法，提高系统的可靠性。

为达到上述发明目的，本发明提出一种基于混合多电平技术的变流拓扑，包括：三相共用的正直流母线、三相共用的负直流母线和A相桥电路、B相桥电路、C相桥电路、A相LC滤波电路、B相LC滤波电路、C相LC滤波电路和doubleY-Δ变压器。A相桥电路的第一引出端子、B相桥电路的第一引出端子、C相桥电路的第一引出端子与正直流母线连接。A相桥电路的第二引出端子、B相桥电路的第二引出端子、C相桥电路的第二引出端子与负直流母线连接。A相桥电路的第三引出端子和第四引出端子与A相滤波电路输入端连接，B相桥电路的第三引出端子和第四引出端子与B相滤波电路输入端连接，C相桥电路的第三引出端子和第四引出端子与C相滤波电路输入端连接。A相滤波电路输出端、B相滤波电路输出端、C相滤波电路输出端与doubleY-Δ变压器的输入端连接。

所述的A相桥电路包括A相波形产生部分、A相波形导向部分和A相缓冲电感。所述的B相桥电路包括B相波形产生部分、B相波形导向部分和B相缓冲电感。所述的C相桥电路包括C相波形产生部分、C相波形导向部分和C相缓冲电感。

A相波形产生部分的第二引出端子与A相缓冲电感的一端连接，A相缓冲电感的另一端与A相波形导向部分的第一引出端子连接。B相波形产生部分的第二引出端子与B相缓冲电感的一端连接，B相缓冲电感的另一端与B相波形导向部分的第一引出端子连接。C相波形产生部分的第二引出端子与C相缓冲电感的一端连接，C相缓冲电感的另一端与C相波形导向部分的第一引出端子连接。