[实用新型]一种类三电平混合式模块化多电平变换器

说明书

本实用新型涉及一种类三电平混合式模块化多电平变换器，属于电力电子变换器技术领域。本实用新型包括三个桥臂：上桥臂、下桥臂以及把直流侧电压中点与上、下桥臂的公共点相连接的箝位桥臂。上、下桥臂均由半桥子模块串联组成，上、下桥臂中的子模块个数为N；箝位桥臂由全桥子模块组成，其中全桥子模块个数为F。每一桥臂分别与一个缓冲电感相串联。本实用新型与传统的模块化多电平变换器相比，可以显著减小子模块所需的电容值，减小系统的体积和成本；本实用新型与现有的类两电平模块化多电平变换器相比，实现了交流侧相电压的电平数为三电平，减小了输出电压的谐波，可减小所需的输出滤波电感、电容的体积和成本。

技术领域

本实用新型涉及一种类三电平混合式模块化多电平变换器，尤其涉及一种用于电网或中高压电机驱动的混合式模块化多电平变换器，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

传统的模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter, MMC）选用子模块级联的方式，防止大量开关器件的直接串联，每个子模块内部器件及其连接方式是相同的，由于其特有的优点，如模块化易于扩展，共直流母线，效率高，输出电压电流谐波小等一系列优点，在高压大容量领域得到了越来越多的应用。但传统MMC的最大缺点是在子模块中所需电容的容量大，大容量电容的存在增加了MMC的体积和成本。类两电平MMC拓扑，可将MMC的电容值降低一个数量级，从而降低MMC的体积和成本。在类两电平MMC拓扑中，其子模块电容近似充当开关的作用，而不承担实际能量交换的功能；每个电容仅在输出电压切换的较短时间内起到支撑电压的作用，仅在这一较短的时间内才有电流流经子模块电容；当电压切换结束后，输出电流不经过子模块电容而是直接从功率开关器件通过。因此，类两电平MMC拓扑可以极大的降低子模块所需的电容值，且当输出电压切换时间变小时，子模块的电容需求也将进一步降低。然而，现有的基于类两电平MMC拓扑，存在以下缺点：一方面是输出电压仅为两电平，输出的谐波较大；另一方面是需要较大的输出滤波电感、电容，进而在一定程度上影响了MMC的体积和成本的降低。

发明内容

本实用新型的目的是针对已有技术中所述的类两电平MMC输出交流相电压仅为两电平，输出电压谐波较大，所需的滤波电感、电容较大的问题，提出了一种新的类三电平混合式MMC。

本实用新型技术方案是：一种类三电平混合式模块化多电平变换器，包括上、下桥臂以及连接直流侧电压中点与上、下桥臂公共点的箝位桥臂，用于实现三电平的交流相电压输出；上、下桥臂采用半桥子模块作为基本单元；箝位桥臂采用全桥子模块作为基本单元。

进一步的，所述上、下桥臂由多个半桥子模块级联构成，其半桥子模块的个数由直流母线电压和半桥子模块电容电压等实际应用环境决定。

进一步的，所述直流侧电压中点与上、下桥臂公共点之间的箝位桥臂由多个全桥子模块级联构成；箝位桥臂所需承受的最大电压仅为上、下桥臂所需承受最大电压的一半；箝位桥臂中全桥子模块的个数由直流母线电压和全桥子模块电容电压等实际应用环境决定。

进一步的，若正母线P和负母线N之间的电压为V_dc，正常工作情况下，变换器输出交流相电压为三个电平V_dc/2、0、-V_dc/2；在正半周期内，输出电平为V_dc/2和0，上桥臂和箝位桥臂交替导通，上桥臂导通时，输出电平为V_dc/2，箝位桥臂导通时，输出电平为0；在负半周期内，输出电平为0和- V_dc/2，箝位桥臂和下桥臂交替导通，下桥臂导通时，输出电平为- V_dc/2，箝位桥臂导通时，输出电平为0。