[发明专利]双负载三相九开关组MMC逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及模块组合多电平（MMC）变换器领域，具体涉及一种双输出三相九开关组MMC逆变器及其控制方法。

背景技术

目前功率变换器正向小型化、高可靠性和低损耗方向发展，在这种趋势下出现两种改进变换器的方向：减少无源器件或者改进变换器拓扑结构以减少有源器件作为减少有源器件方向的新进展。三相九开关变换器相对于传统的十二开关变换器减少了三个开关及相应的驱动电路,在考虑成本与体积的应用中占有一定的优势。然而，九开关变换器的两路单相输出均为两电平，输出交流波形比较差。此外，九个开关中每个开关承受的电压应力为直流母线电压的一半，且存在开关管的均压问题，这极大的限制了三相九开关变换器在高压和大功率场合的应用。

近年来，多电平变换技术得到不断推广，并已成功应用在诸如高压直流输电、电力传动、有源滤波、静止同步补偿等工业领域，目前常见的电压型多电平变换器拓扑大致可分为箱位型和单元级联型两大类。模块组合多电平变换器（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。然而，当两条不同频率的交流线路的相连时，需要2个MMC变换器，这极大的增加了工程成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种双输出三相九开关组MMC逆变器及其控制方法。

本发明采用的技术方案如下。

双输出三相九开关组MMC逆变器包括直流电源、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一三相负载和第二三相负载；所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均由上开关组、中开关组、下开关组和耦合电感串联而成；第一桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第一桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第一桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联，第二桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联而成，第三桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第三桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第三桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联而成；第一三相负载的三端分别与第一桥臂的中开关组的上端、第二桥臂的中开关组的上端和第三桥臂的中开关组的上端连接，第二三相负载的三端分别与第一桥臂的中开关组的下端、第二桥臂的中开关组的下端和第三桥臂的中开关组的下端连接。第一桥臂的耦合电感、第二桥臂的耦合电感和第三桥臂的耦合电感的原、副边均由第一电感和第二电感两个独立电感替代。

所述双输出三相九开关组MMC逆变器中，直流电源的正极与第一桥臂的上开关组的上端、第二桥臂的上开关组的上端和第三桥臂的上开关组的上端连接；第一桥臂的上开关组的下端与第一桥臂的耦合电感的原边的同名端连接，第一桥臂的耦合电感的原边的非同名端与第一桥臂的中开关组的上端连接，第一桥臂的中开关组的下端与第一桥臂的耦合电感副边的同名端连接，第一桥臂的耦合电感副边的非同名端与第一桥臂的下开关组的上端连接；第二桥臂的结构和第三桥臂的结构与第一桥臂的结构完全一致；直流电源的负极与第一桥臂的下开关组的下端、第二桥臂的下开关组的下端、第三桥臂的下开关组的下端和地端连接；第一三相负载的三端分别与第一桥臂的中开关组的上端、第二桥臂的中开关组的上端和第三桥臂的中开关组的上端连接，第二三相负载的三端分别与第一桥臂的中开关组的下端、第二桥臂的中开关组的下端和第三桥臂的中开关组的下端连接。

上述双输出三相九开关组MMC逆变器中，功率开关单元由第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和电容构成；其中，电容的正极与第一开关管的集电极、第一二极管的阴极连接，第一开关管的发射极与第一二极管的阳极、第二开关管的集电极、第二二极管的阴极连接，第二开关管的发射极与第二二极管的阳极、电容的负极连接；第二开关管的集电极作为第一输出端，第二开关管的发射极作为第二输出端。

每个开关组的第i个功率开关单元的第二输出端与第i+1个功率开关单元的第一输出端连接，其中i的取值为1～N-1。