[发明专利]对偶单极电压模块链及其混合多电平变流器

摘要

本发明提出的对偶单极电压模块链及其混合多电平变流器，属于电力电子技术和电力输配电领域，所述对偶单级电压模块链由N₁个正极性单极电压模块和N₂个负极性单极电压模块的共计N个单极电压模块依次串联构成，通过双向电流时具备双极性电压输出能力；基于该模块链的混合多电平变流器至少包括两个相同的相，每相包括一个对偶单极电压模块链、三电平桥臂和电抗器；其中，对偶单极电压模块链的一个端口接入三电平桥臂中点，对偶单极电压模块链的另一端口接入电抗器的一端，电抗器的另一端接入交流电压；本发明能够以较低的工程成本和紧凑的占地空间，实现宽范围的交‑直流变换，转换效率高，谐波特性好，并具备直流故障穿越的能力。

主权项

1.一种基于对偶单极电压模块链构建的混合多电平变流器，该变流器与交流电压相连，其特征在于，该变流器至少包括两个相同的相，每相包括一个三电平桥臂、由一个对偶单极电压模块链和一个电抗器串联构成的串联支路；其中，所述串联支路的一端接入三电平桥臂的中点，串联支路的另一端接入交流电压；三电平桥臂的正极端均接入混合多电平变流器的直流母线正极，三电平桥臂的负极端均接入混合多电平变流器的直流母线负极；所述对偶单级电压模块链，由N1个正极性单极电压模块和N2个负极性单极电压模块的共计N个单极电压模块依次串联构成，N1、N2均为自然数，且N1≥1，N2≥1，每个模块包括一个正极端“+”和一个负极端“‑”，正极端“+”和负极端“‑”之间的电压差为该模块端口电压uSM；前一个模块的负极端与后一个模块的正极端相连接，第1个模块的正极端作为该对偶单极电压模块链的一个端口，第N个模块的负极端作为该对偶单极电压模块链的另一个端口，且在双向电流下具备零和正、负双极性电压输出能力；所述的正极性单极电压模块，通过对模块内部全控开关器件导通和关断不同状态的控制，当其电流iSM方向从正极端“+”流入，从负极端“‑”流出时，端口电压uSM的电平包括零和正、负极性；当电流iSM方向从负极端“‑”流入，从正极端“+”流出时，端口电压uSM电平仅包括零和正极性电平或零和负极性电平，且在正常运行时，端口电压uSM电平仅为零电平；所述的负极性单极电压模块，通过对模块内部全控开关器件导通和关断不同状态的控制，当其电流iSM方向从负极端“‑”流入，从正极端“+”流出时，端口电压uSM的电平包括零和正、负极性；当电流iSM方向从正极端“+”流入，从负极端“‑”流出时，端口电压uSM电平仅包括零和正极性电平或零和负极性电平，且在正常运行时，端口电压uSM电平仅为零电平；所述N1个正极性单极电压模块包括由K11个第一两电平单级电压全桥模块(10)和K12个第二两电平单级电压全桥模块(20)构成的K1个两电平正极性单极电压模块、以及由L1个三电平交错连接模块(100)构成的三电平正极性单极电压模块，K11、K12、K1、L1均为整数，且同时满足：0≤K11≤K1、0≤K12≤K1、0≤K1≤N1、0≤L1≤N1、K1+L1＝N1；所述N2个负极性单极电压模块包括由K21个第一两电平单级电压全桥模块(10)和K22个第二两电平单级电压全桥模块(20)构成的K2个两电平负极性单极电压模块、以及L2个三电平交错连接模块(100)构成的三电平负极性单极电压模块，K21、K22、K2、L2均为整数，且同时满足0≤K21≤K2、0≤K22≤K2、0≤K2≤N2、0≤L2≤N2、K2+L2＝N2；所述对偶单极电压模块链中正极性单极电压模块电容数和负极性单极电压模块电容数相等，均用M表示：所述第一、第二两电平单级电压全桥模块(10、20)的电容数目均为1，该电容阳极与阴极之间的直流额定电压记为Uc，第一、第二两电平单级电压全桥模块内各个全控开关器件的额定耐压值为Uc；所述三电平交错连接模块(100)的电容数目为2，每个电容阳极与阴极之间的直流额定电压记为Uc，其中，位于每条对角线上的全控开关器件的总额定耐压值为2Uc，其余各个全控开关器件的额定耐压值为Uc。