[发明专利]一种中点箝位型级联H桥混合多电平变流器

摘要

本发明涉及一种中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，属于电力电子技术和电力输配电领域。本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，结合了中点箝位型变流器与模块化多电平变流器的特点，由三个相单元、三个交流电抗器以及第一直流电容器、第二直流电容器构成，利用级联的全控半导体开关和级联的H桥实现宽范围的高压大功率交、直流变换。与已有各种多电平变流器相比，本发明提出的中点箝位型多电平变流器可具备穿越直流短路故障的能力，所需的全控半导体开关和电容数均较少，同时由级联的全控半导体开关构成的导通开关的开关频率和开关损耗均较低，因而可为高压直流输电、电机驱动等领域提供更低成本的解决方案。

主权项

一种中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，其特征在于该多电平变流器，包括第一相单元、第二相单元、第三相单元、第一交流电抗器La、第二交流电抗器Lb、第三交流电抗器Lc、第一直流电容器C1和第二直流电容器C2；所述的第一直流电容器C1的正极作为多电平变流器的正极直流母线，第一直流电容器C1的负极与所述的第二直流电容器C1的正极相连，作为多电平变流器的公共中点N，第二直流电容器C1的负极作为多电平变流器的负极直流母线；所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元的正极同时与第一直流电容器C1的正极相连，第一相单元、第二相单元和第三相单元的负极同时与第二直流电容器C1的负极相连，第一相单元、第二相单元和第三相单元的中点同时与多电平变流器的公共中点相连，第一相单元、第二相单元和第三相单元的交流侧端点Ac、Bc和Cc分别通过所述的第一交流电抗器La、第二交流电抗器Lb和第三交流电抗器Lc与交流电网相连；所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元的电路原理图相同，均由第一导通开关S1、第二导通开关S2、第三导通开关S3、第四导通开关S4、桥臂电路、第一箝位开关D1和第二箝位开关D2构成；所述的第一导通开关S1的正极作为相单元的正极，第一导通开关S1的负极同时与第二导通开关S2的正极和第一箝位开关D1的阳极相连，第二导通开关S2的负极同时与所述的桥臂电路的一个端点和第三导通开关S3的正极相连，第三导通开关S3的负极同时与第四导通开关S4的正极和第二箝位开关D2的阴极相连，第四导通开关S4的负极作为相单元的负极，第一箝位开关D1的阴极与第二箝位开关D2的阳极相连，作为相单元的中点，桥臂电路的另一个端点作为相单元的交流侧端点；所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元相中的导通开关，由多个含有反并联二极管的全控半导体开关串联而成，串联的多个全控半导体开关中，第一个全控半导体开关的集电极作为导通开关的正极，最后一个全控半导体开关的发射极作为导通开关的负极；全控半导体开关的个数为Udc/(2Uc)，其中Udc为多电平变流器的直流母线额定电压，Uc为每个全控半导体开关的额定电压；所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元中的箝位开关，由多个二极管串联构成，多个串联的二极管中，第一个二极管的阳极作为箝位开关的阳极，最后一个二极管的阴极作为箝位二极管的阴极，二极管的个数为Udc/(2Ucd)，其中Udc为多电平变流器的直流母线额定电压，Ucd每个二极管的额定电压；所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元中的桥臂电路，由多个H桥子模块串联而成，每个H桥子模块包括一个直流电容器、第一全控半导体开关、第二全控半导体开关、第三全控半导体开关、第四全控半导体开关、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管，所述的第一全控半导体开关、第二全控半导体开关、第三全控半导体开关和第四全控半导体开关的集电极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阴极相连，所述的第一全控半导体开关、第二全控半导体开关、第三全控半导体开关和第四全控半导体开关的发射极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阳极相连，所述的第一全控半导体开关的集电极同时与第四全控半导体开关的集电极和直流电容器的正极端相连，所述的第一全控半导体开关的发射极与第二全控半导体开关的集电极相连，作为H桥子模块的一个端点；所述的第二全控半导体开关的发射极同时与第三全控半导体开关的发射极和直流电容器的负极端相连，所述的第三全控半导体开关的集电极与第四全控半导体开关的发射极相连，作为H桥子模块的另一个端点；当多电平变流器不需要具备直流故障穿越能力时，每个桥臂电路中串联的H桥子模块个数大于或等于Udc/(4Ucm)，当多电平变流器需要具备直流故障穿越能力时，每个桥臂电路中串联的H桥子模块个数大于或等于其中Udc为多电平变流器的直流母线额定电压，Ucm为每个子模块电容的额定电压。