[发明专利]基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器

摘要

本发明公开了一种基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器，变换器为三相系统结构，包括单级式高频隔离型子模块；还包括三个并联在高压直流端口PH、NH之间的相单元，每个相单元由上、下两个桥臂组成，三个相单元的上、下桥臂的电联接点N1、N2、N3引出线串联滤波电感后为高压交流端口a、b、c，每个桥臂由n个新型单级式高频隔离型子模块和一个桥臂电抗器Lm组成；单级式高频隔离型子模块包括前级部分、高频变压器部分和后级部分，前级部分的交流侧连接高频变压器的原边。本发明将高频链技术与模块化多电平技术相结合，从而使得各模块高压侧不再需要电容支撑及均压控制，同时也克服了传统单级式变换器二次侧换流、电压尖峰等问题。

主权项

1.基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器，其特征在于：所述变换器(1)为三相系统结构，由单级式高频隔离型子模块(3)构成；

包括三个并联在高压直流端口(P_H、N_H)之间的相单元(2)，每个相单元(2)由上、下两个桥臂组成，三个相单元的上、下桥臂的电联接点(N₁、N₂、N₃)引出线串联滤波电感后为高压交流端口(a、b、c)，每个桥臂由n个新型单级式高频隔离型子模块(3)和一个桥臂电抗器L_m组成；

所述单级式高频隔离型子模块(3)包括前级部分(4)、高频变压器部分(5)和后级部分(6)，前级部分的交流侧连接高频变压器的原边，后级部分的交流侧连接高频变压器的副边，每个单级式高频隔离型子模块(3)的前级部分的正、负极端口分别并联作为公共低压直流端口(P_L、N_L)，后级部分的端口串联构成高压直流侧端口(P_H、N_H)；

三个相单元(2)上桥臂的正极端(P_Ha、P_Hb、P_Hc)相连作为该变换器的高压直流端口的正极P_H，三个相单元(2)下桥臂的负极端(N_Ha、N_Hb、N_Hc)相连作为该变换器的高压直流端口的负极N_H。

2.如权利要求1所述的基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器，其特征在于：所述单级式高频隔离型子模块的前级部分(4)包括低压侧直流电容C_dcL和由四个带有反并联二极管的主动开关组成的主动H桥；后级部分(6)包括电压钳位电路(7)和由四个带有反并联二极管的主动开关组成的主动H桥。

3.如权利要求2所述的基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器，其特征在于：所述前级部分(4)的主动H桥包括一个第一主动开关管Q₁、一个第二主动开关管Q₂、一个第三主动开关管Q₃和一个第四主动开关管Q₄，各主动开关管的的集电极分别与各自的续流二极管的阴极相连接，发射极分别与各自的续流二极管的阳极相连接；

第一主动开关管Q₁与第三主动开关管Q₃串联后与所述低压侧直流电容C_dcL并联，第一主动开关管Q₁的发射极和第三主动开关管Q₃的集电极相连并作为高频变压器原边端E，第二主动开关管Q₂的发射极和第四主动开关管Q₄的集电极相连并作为高频变压器原边的另一端F，第一主动开关管Q₁的集电极和C_dcL的正极相连，第三主动开关管Q₃的发射极和C_dcL的负极相连；第二主动开关管Q₂与第四主动开关管Q₄串联后与所述低压侧直流电容C_dcL并联，第二主动开关管Q₂的集电极和C_dcL的正极相连，第四主动开关管Q₄的发射极和C_dcL的负极相连；第一主动开关管Q₁与第二主动开关管Q₂的集电极与C_dcL的正极相连接并作为子模块前级部分的正极A，第三主动开关管Q₃与第四主动开关管Q₄的发射极与C_dcL的负极相连接并作为子模块前级部分的负极B。

4.如权利要求2所述的基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器，其特征在于：所述后级部分(6)的主动H桥包括一个第五主动开关管Q₅、一个第六主动开关管Q₆、一个第七主动开关管Q₇、一个第八主动开关管Q₈，各个主动开关管的集电极分别与各自的续流二极管的阴极相连接，发射极分别与各自的续流二极管的阳极相连接；第五主动开关管Q₅的发射极和第七主动开关管Q₇的集电极相连并作为高频变压器副边端G，第六主动开关管Q₆的发射极和第八主动开关管Q₈的集电极相连并作为高频变压器副边的另一端H；第五主动开关管Q₅与第六主动开关管Q₆的集电极相连并作为子模块后级部分的正极C，第七主动开关管Q₇与第八主动开关管Q₈的发射极相连并作为子模块后级部分的负极D。

5.如权利要求2所述的基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器，其特征在于：所述电压钳位电路(7)包括一个第一二极管D₁、一个第二二极管D₂、一个第三二极管D₃、一个第四二极管D₄、一个第一电容C₁、一个第一电阻R₁，第一二极管D₁与第二二极管D₃串联后分别与第一电容C₁、第一电阻R₁并联，第二二极管D₂与第四二极管D₄串联后分别与第一电容C₁、第一电阻R₁并联，第一二极管D₁、第二二极管D₂的阴极与第一电容C₁、第一电阻R₁的正极相连，第二二极管D₂、第四二极管D₄的阳极与第一电容C₁、第一电阻R₁的负极相连，第一二极管D₁的阳极与第三二极管D₃的阴极、高频变压器副边端G相连接，第二二极管D₂的阳极与第四二极管D₄的阴极、高频变压器副边另一端H相连接。

6.如权利要求2所述的基于高频链技术的隔离型模块化多电平变换器，其特征在于：上、下两个桥臂的调制比为交直流混合调制比d_u与d₁，其中，d_u为上桥臂调制比，d₁为下桥臂调制比，同时d_u与d₁由直流公共调制比D和每相交流调制比(d_a、d_b、d_c)组成，其中，d_a为A相交流调制比、d_b为B相交流调制比、d_c为C相交流调制比。