[发明专利]一种新型的大容量多电平混合箝位型拓扑结构及拓扑方法

说明书

一种新型的大容量多电平混合箝位型拓扑结构及拓扑方法，该结构为三相四桥臂结构，在传统混合三相结构上增加了一个桥臂，专门用来箝位用的，并且此结构并不需要附加电压平衡电路和使用独立直流电压源，不管在什么负载特性下，自身都能够实现中点电位平衡；并且对传统的箝位器件进行了改进，把三相四桥臂拓扑的二极管箝位器件改成了电容箝位，通过增加有源开关管作为箝位器件，该拓扑实现了电流双向通路，改善了电容电压不平衡问题。这不仅有效地解决了功率开关串联运行时所固有的均压难题，而且为使用低耐压水平功率开关实现高压的能量控制提供了很好的途径。

技术领域

本发明设计一种新型混合式箝位型多电平变换器，属于电力电子变换器领域。

背景技术

研究多电平拓扑的目的为了实现多电平的输出电压，以使变换器能应用于更高的电压场合，提高输出电压谐波性能。为了解决串联器件同时导通和关断的问题，20世纪80年代以来，人们发展了新型的多电平变换器。多电平变换器被分为二极管箝位型、飞跨电容型和级联型三种基本类型。随着电平数的增加，其所需箝位器件数成2倍甚至平方关系增长，除了增加系统成本和控制复杂程度外，大量的器件意味着发生故障的可能性增大。各种电压型多电平变换器相继被提出，其控制性能得到很大的提高，因此成为高压大容量电力电子系统的发展方向，并在大容量功率变换领域得到广泛应用。

多电平功率逆变技术主要包括:多电平逆变器拓扑、多电平调制策略及提高多电平逆变器运行性能的相关控制策略。但传统的多电平逆变器所需功率器件较多、结构复杂，造成体积大、效率低、成本高等问题，极大地限制了其实际应用范围。但这种混合多电平逆变器作为一种新颖的概念被提出不久，还处于初步研究阶段，由于混合多电平拓扑的组合形式繁多，国内外还没有形成统一模式的结构，多是从性价比上对其实用化作出评价。而这种混合多电平逆变器的运行性能，取决于合适的混合多电平调制策略及其相关控制策略。目前，混合多电平调制策略仍处于不断的发展阶段，并非如传统多电平调制策略那样具有了系统的研究，更缺乏对同类混合拓扑控制的通用性研究。混合拓扑硬件结构上的非对称性在简化拓扑的同时，势必带来诸如混合功率单元间连续交换能量、电容电压不平衡、开关损耗较大、功率单元输出不均衡等问题，阻碍着混合多电平逆变器在高压大功率驱动场合的实际应用。针对这些现实问题，需要通过构建出合理的混合多电平拓扑及其调制、控制策略来进行行之有效地解决。目前还未见报道。

发明内容

发明目的：

本发明提出一种一种新型的大容量多电平混合箝位型拓扑结构及拓扑方法，其目的是解决在普通二极管箝位NPC拓扑中，桥臂内侧的器件存在关断过电压的问题，可以为电流提供双向通路。和普通的电容箝位拓扑相比，这种拓扑仅在结构上增加了两个二极管D₁和D₂, 但是正是由于两个箝位二极管的存在，解决了不少问题。

技术方案：

一种新型的大容量多电平混合箝位型拓扑结构，其特征在于：该结构为三相四桥臂结构，在传统混合三相结构上增加了一个桥臂，专门用来箝位用的，并且此结构并不需要附加电压平衡电路和使用独立直流电压源，不管在什么负载特性下，自身都能够实现中点电位平衡；并且对传统的箝位器件进行了改进，把三相四桥臂拓扑的二极管箝位器件改成了电容箝位，通过增加有源开关管作为箝位器件，该拓扑实现了电流双向通路，改善了电容电压不平衡问题。