[发明专利]一种无变压器交直交级联多电平变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可实现能量双向传输并易于模块化扩展的新型多电平变换器，具体涉及一种无变压器交直交级联多电平变换器。

背景技术

近年来发展的多电平变换器以其较好的电压谐波特性、较低的电压变化率、较低的开关损耗在大容量变频领域应用广阔。

目前主流的多电平变换器拓扑有二极管箝位型、飞跨电容箝型以及级联型三种。随着电平数的增多，前两者使用的器件急剧增加、控制方法复杂，所以在五电平及以上多使用级联型结构。现有的级联型多电平变换器为实现逆变侧多电平的输出，需要采用笨重的多抽头移相变压器获得多组独立直流电源，为实现能量的双向传输，需要在整流测增加许多功率开关，这些都造成变换器成本的上升及故障率的增加。随着电压等级的提高，传统级联多电平变换器在以上两处的缺陷愈发明显。

发明内容

为克服现有多电平变换器技术上的问题，本发明提出一种无变压器交直交级联多电平变换器。本拓扑在功率单元器件只承受本单元直流侧低压的情况下，实现多电平的整流、逆变侧输出，且直接支持级联多电平变换器的背靠背运行。

本发明的技术方案如下：

一种无变压器交直交级联多电平变换器， A、B、C三相为对称的电路结构，主要包括功率单元一和功率单元二，所述功率单元一的主电路由两个半桥式二极管钳位型三电平变换器I、II构成，所述的功率单元二的主电路由三个半桥式二极管钳位型三电平变换器III、IV、V构成。

所述的无变压器交直交级联多电平变换器，所述的功率单元一包括半桥式二极管钳位型三电平变换器I、II和电容C1、C2，功率开关S1的集电极与功率开关S5的集电极、电容C1的正极相连，作为节点N4；电容C1的负极与电容C2的正极相连，作为节点N5；功率开关S4的发射极与功率开关S8的发射极、电容C2的负极相连，作为节点N6；节点N3、N5、N9依次连接，S6的发射极与S7的集电极相连，同时作为与外部连接的端子2。

所述的无变压器交直交级联多电平变换器，所述的功率单元二包括半桥式二极管钳位型三电平变换器III、IV、V和电容C3、C4，功率开关S10的发射极与功率开关S11的集电极相连，作为功率单元二与外部连接的端子1；功率开关S9的集电极与功率开关S13的集电极、电容C3的正极相连，作为节点N14；电容C3的负极与电容C4的正极相连，作为节点N14；功率开关S12的发射极与功率开关S19的发射极、电容C4的负极相连，作为节点N15；功率开关N16的集电极与功率开关S17的集电极相连，作为节点N16；功率开关S14的发射极与功率开关S15的集电极相连，作为功率单元二与外部连接的端子2；功率开关S16的发射极与功率开关S20的发射极相连作为端子N19；功率开关S18的发射极与功率开关S19集电极相连，作为功率单元二与外部连接的端子3；节点N12、N14、N20、N23依次连接。

所述的无变压器交直交级联多电平变换器，所述的半桥式二极管钳位型三电平变换器也可以为半桥式T型三电平变换器或半桥式飞跨电容钳位型三电平变换器的一种，所述电容采用电解电容或薄膜电容，功率开关采用绝缘栅型双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT或金属-氧化层半导体场效晶体管MOSFET等器件。

本发明的有益效果：

本发明提供一种易于向更多电平扩展，且能实现能量双向传输的新型无变压器交直交级联多电平变换器拓扑。本发明易于实现模块化设计，易于提高变换器的功率密度，且能满足不同电压等级需求。

附图说明

图1为一种无变压器交直交级联多电平变换器拓扑图；

图2为功率单元一的结构图；

图3为功率单元二的结构图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明所述的一种无变压器交直交级联多电平变换器进行详细说明。