[实用新型]H桥式三相模块单元串联组合高压变换器

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子变换器或高电压应用领域，涉及H桥式三相模块单元串联组合高压变换器拓扑的构造。

背景技术

实现高压大功率变换器的关键技术之一是大功率变换器拓扑，近几十年来国际上对高压大容量变换器进行了深入的研究，提出了众多有意义的髙压大容量拓扑。主要构造拓扑的技术包括：1、功率开关器件直接串联技术，其优点是可以直接应用现有拓扑，缺点是各功率开关器件串联存在静态和动态均压问题，对功率开关器件的开通和关断一致性要求较高，易于出现器件故障；2、多重化技术，其优点是传统H桥或者三相桥式电路通过多绕组工频变压器耦合，实现高电压、低谐波输出，缺点是需要用工频多绕组变压器，成本、损耗、复杂性增加，且有直流磁化现象；3、多电平技术，其优点是直流侧采用串联直流电容实现功率开关器件均压，缺点是功率开关器件的导通电流负荷不一致，造成各直流电容上直流电压的不平衡，且拓扑较复杂；4、模块组合多电平变换器既MMC变换器，其优点是各相桥臂根据电压等级，由多个相同的模块化功率单元和两个桥臂电感依次串联构成，实现了高度模块化，在器件电流应力、不平衡运行、故障保护等方面比一般多电平技术具有更明显的优势，是目前高压电能变换首选的变换器。

本实用新型在以H桥为基本元件的MMC变换器基础上，提出一种模块化程度更高的组合平变换器。本实用新型提出的变换器与MMC变换器有以下不同：1、模块化功率单元不同，H桥为基本元件MMC变换器采用单相模块化功率单元，本实用新型是采用三相桥式模块化功率单元；2、组合方式不同，H桥为基本元件MMC变换器是每相模块化功率单元串联组合后、再三相组合，而本实用新型是三相桥式模块化功率单元串联一次组合完成。因而本实用新型与H桥为基本元件MMC变换器相比较，具有以下显著的优点：1、减少了元器件；2、减少了模块化功率单元数；3、组合简单；4、可靠性高；5、成本下降。

实用新型内容

本实用新型提出一种H桥式三相模块单元串联组合高压变换器，与现有高压大容量变换器比较，模块化程度更高，减少了元器件，减少了功率单元数，组合简单，可靠性更高，且成本下降，在高压大容量工业应用中有广阔的前景。本实用新型通过如下技术方案实现。

H桥式三相模块单元串联组合高压变换器，其包括2N个H桥式三相模块单元和6个桥臂电感；其中高压变换器的上桥臂由N个H桥式三相模块单元串联后再相应地与3个桥臂电感的一端串联构成，下桥臂由另外3个桥臂电感的一端与另外N个H桥式三相模块单元依次串联构成，然后上桥臂的3个桥臂电感的另一端与下桥臂的3个桥臂电感的另一端串联，上桥臂与下桥的桥臂电感连接点构成对应相桥臂的交流输出端，N为正整数。

进一步地，所述H桥式三相模块单元由3个H桥开关单元及1个直流电容构成，所述3个H桥开关单元分别为a相H桥开关单元、b相H桥开关单元和c相H桥开关单元。

进一步地，每相H桥开关单元均各自包括4个带续流二极管的功率开关元件，其中第一开关管和第二开关管串联，第三开关管和第四开关管串联；第一开关管的正极接到A端，负极接到B端；第二开关管的正极接到B端，负极接到C端；第三开关管的正极接到A端，负极接到B’端；第四开关管的正极接到B’端，负极接到C端；所述B端、B’端为输出端；选择a相或b相或c相H桥开关单元的A端接到直流电容的正极、C端接到直流电容的负极，然后三相H桥开关单元的A端相连接，构成1个H桥式三相模块单元；直流电容上的电压E=V/2N，V为输入直流电压。

进一步地，H桥式三相模块单元串联组合高压变换器包括3种工作状态，第一种状态是上桥臂N个H桥式三相模块单元中的第一开关管和第三续流二极管或第二开关管和第四续流二极管或第三开关管和第一续流二极管或第四开关管和第二续流二极管导通，其它器件均关断；第二种状态是下桥臂N个H桥式三相模块单元中的第一开关管和第三续流二极管或第二开关管和第四续流二极管或第三开关管和第一续流二极管或第四开关管和第二续流二极管导通，其它器件均关断；第三种状态是上下桥臂2N个H桥式三相模块单元的第一开关管和第四开关管或第一续流二极管和第四续流二极管导通，其它器件均关断。