[发明专利]一种三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器

说明书

本发明涉及一种三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器，包括由多个TPB‑MMC子模块级联组成的三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器，TPB‑MMC子模块包括多组三相三开关桥式电路和电容，每组三相三开关桥式电路与电容并联；每组三相三开关桥式电路包括多个串联的半导体开关组成的串联支路和两个电感，串联支路与电容并联，串联支路中的两个半导体开关之间接入一个电感；串联支路中的多个半导体开关只能同时关断不能同时导通，通过选择每组三相三开关桥式电路中串联支路中的多个半导体开关的开闭状态来选择不同的工作状态。本发明具有模块化程度高，同样电压等级下子模块数量少，电容电压波动小，容量小，功率密度高的优点。

技术领域

本发明涉及电力电子与电力传动、高压直流输电领域，尤其涉及一种三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器。

背景技术

模块化多电平变流器已经广泛的应用在高压直流输电、中压直流电网和高压变频器领域；模块化多电平变流器是将高压直流与高压交流进行转换的最有效手段之一，大量人员对其进行了研究；然而，传统模块化多电平变流器是以半桥或者全桥变换器为基础，以单相子模块的串联构成单相系统，然后通过三个单相系统并联组合形成三相系统。单相系统中交直流转换必然存在着二倍频波动，为了平抑该波动，半桥子模块或者全桥子模块均需要较大容量的支撑电容，但是支撑电容的成本高、容量大、可靠性低，且只能抑制该波动无法实现二倍频波动的消除。

因此，传统基于半桥或者全桥子模块构成的模块化多电平拓扑的体积和成本均较高，且由于三相均需要相同数量的子模块，导致三相系统中子模块数量众多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器，解决了传统变流器存在的不足。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种三相桥式电路直接级联型模块化多电平换流器，它包括由多个TPB-MMC子模块级联组成的TPB-MMC模块，所述TPB-MMC子模块包括多组三相三开关桥式电路和电容，每组三相三开关桥式电路与电容并联；每组三相三开关桥式电路包括多个串联的半导体开关组成的串联支路和两个电感，所述串联支路与所述电容并联，串联支路中的两个半导体开关之间接入一个电感；所述串联支路中的多个半导体开关只能同时关断不能同时导通，通过选择每组三相三开关桥式电路中串联支路中的多个半导体开关的开闭状态来选择不同的工作状态。

所述串联支路包括由三个半导体开关串联组成，第一电感的一端连接到第一半导体开关和第二半导体开关之间的连接点上，另一端作为三相输入端的正极；第二电感的一端连接到第二半导体开关和第三半导体开关之间的连接点上，另一端作为相输入端的负极，TPB-MMC子模块对外具有三相正极输入端，三相负极输入端两组三相端口。

所述TPB-MMC子模块的三相三开关桥式电路包括三组串联支路，三组串联支路均与电容并联，将三相三开关桥式电路中三组串联支路的第一半导体开关和第三半导体开关设置为一组，得到E₁、E₂和E₃组半导体开关；三相三开关桥式电路中三组串联支路的第一半导体开关和第三半导体开关分别采用控制信号G₁、G₂和G₃进行控制，且导通时间分别为T₁、T₂和T₃，三组半导体开关同一时刻只能有一组半导体开关导通。

所述TPB-MMC子模块的三相三开关桥式电路中的第二半导体开关分别采用控制信号G_1M、G_2M和G_3M控制，导通时间分别为T_1M、T_2M和T_3M。

所述TPB-MMC子模块共2N个，其中第一个子模块的三相正极输入端接入至直流母线正极，第2N个子模块的三相负极输入端接入至直流母线负极，子模块之间，一个子模块的三相正极输入与另一个子模块的负极输入连接，在第N个模块与第N+1个模块间，接入三相电网。