[发明专利]基于维也纳整流模块的大功率混合级联电力电子变流器

说明书

技术领域

本发明涉及整流器，特别涉及基于维也纳整流模块的大功率混合级联电力电子变流器。

背景技术

随着科学技术与工业现代化的迅猛发展以及对节约能源要求的进一步提高，应用于大功率场合的中高压电力电子变流器在解决能源节约的问题上起着越来越重要的作用。近年来，多电平功率变流器 (Multilevel Converter)在高电压大功率变频调速、有源电力滤波装置、高压直流输电系统(HVDC)和电力系统无功补偿等领域已得到成功的应用。目前，功率单元级联式多电平变流器因其模块化设计、可靠性高、谐波污染少，输入输出范围宽等优点而成为市场主流。然而，传统的功率单元级联式多电平功率变流器存在的主要缺点是在功率输入端需要应用体积庞大接线复杂的工频变压器，这使其在许多工业场合的应用受到了限制。因而，取消传统的大功率多电平变流器中的工频变压器，设计出无工频变压器的级联式多电平变流器，将会给此类多电平变流器带来革命性的变革。

采用级联式全控H桥电力电子变流器完成高电压的整流变换是目前引起广泛关注的一种整流变换方案，其优点在于：能量可以双向流动，可控性高，应用范围广泛。但该种变流器的主电路拓扑结构所需要的开关器件较多，主电路工作过程中的损耗较大，所有开关器件的控制电路以及控制方法设计也较复杂。实际上在相当多的实际工业应用场合，能量并不需要在两个方向传输，如不需要能量回馈的风机、泵类电动机节能调速和汽车、船舶和航空充电站、和单向高压直流输电系统等，级联式全控H桥电力电子变流器的应用就存在大量的开关冗余，进而增加很多不必要的经济成本，因此极大的制约了级联式电力电子变流器的发展。

因此，在能量单向流动的高压大功率应用场合中，提出一种简化的大功率级联式电力电子变流器的拓扑结构，减少开关器件的使用，进而简化电路的控制和调制方法，就显得十分重要。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供基于维也纳整流模块的大功率混合级联电力电子变流器，这种整流器无需使用工频移相变压器，可以使用低耐压的功率开关管完成高电压下的大功率整流变换，具有功率因数校正功能，能够实现交流侧的单位功率因数整流，也可以在超前/滞后功率因数下运行。主功率电路具有拓扑结构简单，系统的工作效率高，体积小，重量轻，成本低等一系列优点。同时，在需要控制较简单的应用场合，通过增加维也纳整流模块的级联数量，可以有效降低控制的复杂性；在需要较小二极管压降的场合，可以通过增加半桥电路的级联数量，来减少续流二极管的使用从而减小二极管压降。因此，基于维也纳整流模块的大功率混合级联电力电子变流器在高压直流传输，大功率电力电子变压器，大功率中高压交-直-交变频器等应用领域的使用越来越广泛，具有重要的实用价值。

为达到上述目的，本发明提供的基于维也纳整流模块的大功率混合级联电力电子变流器，包括输入电感和主功率电路，主功率电路包括由P(P＝1,2,3…)个维也纳整流模块、Q(Q＝0,1,2,3…)个半桥模块以及 Z(Z＝0,1,2,3…)个全控H桥模块构成的L(L＝1,2,3…)级级联模块。

为达到上述目的，本发明提供的基于维也纳整流模块的大功率混合级联电力电子变流器，包括输入电感和主功率电路，所述主功率电路包括级联模块、输出直流电容和负载，所述级联模块采用第一模块单元 (A)，所述第一模块单元(A)即维也纳整流模块，包括六个续流二极管(VD)、一个电力电子开关器件S、两个输出电容C1、C2。所述主功率电路是所述维也纳整流模块的L级级联，其中每个所述维也纳整流模块的交流输入端b与下一个所述维也纳整流模块的交流输入端a相连，所述维也纳整流模块剩余的两个输入端，即第一个所述维也纳整流模块的交流输入端a与第L个所述维也纳整流模块的交流输入端b经所述输入电感串联接入交流电网。