[实用新型]三相四线桥式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，涉及三相四线桥式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即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MMC变换器基础上，提出一种模块化程度更高的三相四线桥式模块单元串联组合高压变换器。

实用新型内容

本实用新型提出一种三相四线桥式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。

三相四线桥式模块单元串联组合高压变换器，其包括2N个三相四线桥式模块单元和8个桥臂电感，其中三相四线高压变换器的上桥臂由N个三相四线桥式模块单元串联后再相应与4个桥臂电感的一端串联构成，下桥臂由另外4个桥臂电感的一端与另外N个三相四线桥式模块单元依次串联构成，然后上桥臂的4个桥臂电感的另一端与下桥臂的4个桥臂电感的另一端串联，上桥臂的4个桥臂电感与下桥臂的4个桥臂电感之间的4个连接点构成对应相桥臂的输出端，N为正整数。

进一步地，所述三相四线桥式模块单元由8个带续流二极管的功率开关元件及1个直流电容构成。

进一步地，所述三相四线桥式模块单元中，每2个功率开关元件串联构成1相，8个功率开关元件共构成4相，即a相、b相、c相和o相，其中每1相均各自包括第一开关管和第二开关管，第一开关管和第二开关管的两端均与续流二极管连接，分别为第一续流二极管和第二续流二极管；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，其中B端、C端为输出端。然后a相、b相、c相和o相的A端相互连接，选择o相即中线相的A端接到直流电容的正极、C端接到直流电容的负极，直流电容上的电压E=V/2N，V为输入直流电源的电压值。

进一步地，三相四线桥式模块单元包括2种工作状态，第一种状态是第一开关管或第一续流二极管导通，其它器件均关断；第二种状态是第二开关管或第二续流二极管导通，其它器件均关断。

进一步地，三相四线高压变换器的上桥臂由N个串联连接三相四线桥式模块单元与4个桥臂电感连接构成，即第一个三相四线桥式模块单元每相的B端即U_a1、U_b1、U_c1、U_o1与电源的正极相连接，第一个三相四线桥式模块单元每相的C端与第二个三相四线桥式模块单元相同相的B端即U_a2、U_b2、U_c2、U_o2相连接，依此连接规律，第i个三相四线桥式模块单元（的U_ai、U_bi、U_ci、U_oi分别连接到第i-1个三相四线桥式模块单元相同相的C端，第i个三相四线桥式模块单元每相的C端分别连接到第i+1个三相四线桥式模块单元相同相的B端即U_a(i+1)、U_b(i+1)、U_c(i+1)、U_o(i+1)，N个三相四线桥式模块单元连接后，第N个三相四线桥式模块单元每相的C端分别与第一电感、第二电感、第三电感和第四电感连接。