[实用新型]一种基于MMC的含电容器桥臂的三相-三相变流系统

说明书

本实用新型提供了一种基于MMC的含电容器桥臂的三相—三相变流系统，涉及电力机车车辆电力电子与电力传动技术领域。由两组三相三桥臂变流器“背靠背”联接而成，主要用于电力牵引的三相电源到三相电机的有功功率传递；将电容器桥臂与MMC桥臂相组合，最大限度降低系统造价；其中电容器桥臂由两套相同的电容器组串联而成，电容器组皆由同规格的直流储能电容串并联构成；MMC桥臂由两套相同的MMC链串联而成，MMC链由一个电感L与p个结构相同的功率模块串联，功率模块为单相半桥结构，均由一个IGBT半桥和一个直流储能电容构成；该系统尚可补偿谐波和无功功率，也适于变压、变频、变相等场合；本实用新型技术先进、可靠，易于实施。

技术领域

本实用新型涉及电力机车车辆电力电子与电力传动技术领域。

背景技术

电力电子装置实现电压变换和功率传递的技术分为交交(AC-AC)变换和交直交(AC-DC-AC)变换两类拓扑，相比之下，交直交拓扑两边的交流端口可独立变压、定频或变频控制，具有更好的可控性和灵活性，因此，交直交变换是实现交流电压变换和功率传递的主要手段。

交直交变换实现高压交流电压变换和功率传递，通常有两种方式。一是低压侧并联，高压侧级联(串联)的非隔离方式，此时，低压侧往往需要借助工频变压器实现电压匹配和隔离。二是采用交直变换+隔离直直变换+直交变换方式，称为电力电子变压器(PET，power electronic transformer)或固态变压器(SST,solid-state transformer)，由隔离直直变换器中的中高频变压器实现电压匹配和隔离，其优点是输入侧和输出侧均可级联而适于较高电压，中高频变压器体积大大缩小，但结构和控制明显复杂，投资加大。

为了取消变换过程中的工频或中高频变压器，德国慕尼黑联邦国防军大学的R.Marquardt和A.Lesnicar于2002年提出了模块化多电平变流器(MMC,modularmultilevel converter)技术。MMC具有结构对称、模块化程度高、互换性好、方便实现背靠背联接、组合灵活、易于扩展、开关器件损耗小、谐波特性好等优点，并且不用变压器即可直挂于高压系统，使其应用领域愈发广泛。

现行的交流电气化铁路机车车辆的电力传动系统为单相-三相牵引传动系统，即由单相工频交流接触网供电到三相感应电机电压和功率的变换与传递，并且实现三相变频、变压以达到牵引过程中变频调速驱动。现行的城市轨道交通机车车辆的电力传动系统为直流-三相牵引传动系统，即由直流接触网供电到三相感应电机电压和功率的变换与传递。

在供电容量(能力)相同情况下，三相发电机、电动机、变压器、输电线都较单相同类元件的制造和建造更节省材料，而且构造简单，性能优良，并且三相电功率的瞬时值保持恒定不变。但是由于三条架空线需要三极受电弓、两条架空线需要双极受电弓，这种架空线和受电弓的接触结构过于复杂，其可靠性也成为难以逾越的障碍，加之过道岔的技术难题，该方式用于干线铁路的实用性受到严重挑战，因此逐渐被低压直流和单相交流供电方式所取代。非常遗憾，三相交流电的优势不能在铁路牵引供电上得到应有的、完美的发挥。

因此，在不增加接触结构复杂性的情况下实现三相交流牵引供电，使三相交流电的优势在干线铁路和城市轨道中发挥到最佳水平仍然是追求的目标。三相交流牵引供电需要机车车辆具备三相-三相变流系统与之相匹配。本实用新型提出一种基于MMC的含电容器桥臂的三相-三相变流系统，利用直流储能电容器桥臂造价远比包含IGBT开关管的MMC桥臂造价低廉的特点，更经济地实现电力传动系统的电压和功率的变换与传递。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种基于MMC的含电容器桥臂的三相-三相变流系统，它能有效地解决电压和功率的变换与传递的技术问题，且具有无功补偿和变频、变压功能。