CN102223080A - 一种混合箝位背靠背式多电平ac-dc-ac变换电路 - Google Patents

一种混合箝位背靠背式多电平ac-dc-ac变换电路 Download PDF

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韩云龙
赵荣祥
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Abstract

本发明公开了一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，包括两组多电平变换电路和一条连接两组多电平变换电路的直流母线电容链路，其电平数大于等于4。本发明通过带有反并二极管的箝位开关管的交替导通，能够实现所有直流母线电容和箝位电容的动态自平衡，并获得相等的电容电压，使箝位电容和直流母线电容一起完成多电平升压输出，同时也为扩充直流母线电容容量创造了很好的条件。本发明能在保证系统可靠性和优质谐波输出特性的前提下承受大功率高电压负荷，且控制灵活，损耗较低，性能高效，可以实现无功功率和有功功率的双向流动和分别控制补偿，非常适用于交流负载调速或不同分布式发电系统的电网互联技术中。

Description

一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC(交流-直流-交流)变换电路。
背景技术
多电平变换器自诞生以来，就以其优良的升压扩容和功率处理能力，高调地赢得工业界和学术界的共同瞩目。与其他变换器相比，多电平变换器能通过采用多个低电压器件实现更高的直流电压输出，同时避免了器件串联所带来的动态均压问题。同时，多电平变换器还具有输出电压波形质量高、谐波小、开关器件耐压低等众多优点，因此多电平AC-DC、DC-AC及AC-DC-AC等变换电路在电力系统中的静止无功补偿器和电力有源滤波器，工业自动化中的高性能高压变频传动系统等场合已获得相当广泛的应用。
特别是针对近些年来政府所大力倡导和扶持的新能源(如风能等)发电并网技术以及用于不同分布式发电系统的电网络互联技术中，背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路因其易于实现无功功率和有功功率双向流动控制而在该领域获得了大规模的应用。例如在直驱型风力发电系统中，二极管箝位电压型背靠背式三电平AC/DC/AC变换器可实现对公共电网的无冲击、无污染效果。然而随着业内对功率等级和电压等级要求的不断提高，传统的背靠背式三电平变换器已经无法在保证系统可靠性和优质谐波输出特性的前提下承担如此高负荷。例如，业内常用一种相对简单的方法即保持三电平电路结构不变而采用功率器件的串并联技术，这种方法看似简单，但由于功率器件参数的离散性，需要复杂的动静态均压和均流电路，使得系统控制复杂，损耗增加，可靠性降低，甚至会影响谐波输出特性。因而加快对大功率高电压领域可替代电路形式的研发已迫在眉睫。
发明内容
本发明提供了一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，克服了现有变换电路在承受大功率高电压负荷时，无法保证系统可靠性和优质谐波输出特性的缺陷，控制灵活，损耗较低，性能高效。
一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路包括两组多电平变换电路和一条连接两组多电平变换电路的直流母线电容链路。
所述的直流母线电容链路包括(n-3)个直流母线电容，其由第一直流母线电容至第(n-3)直流母线电容依次串联而成，一个直流母线电容的负极与另一个直流母线电容的正极相连；所述的直流母线电容链路包括两个悬空端和(n-4)个连接端，每一端为一个节点，共(n-2)个节点，第一直流母线电容的悬空端为所述的直流母线电容链路的第1节点，依次至第(n-3)直流母线电容的悬空端为所述的直流母线电容链路的第(n-2)节点，n为电平数，且n为大于等于4的自然数。
所述的多电平变换电路包括一条箝位电容链路，一条箝位开关管链路，一条功率开关管链路和(n-3)条箝位二极管链路。
所述的箝位电容链路包括(n-2)个箝位电容，其由第一箝位电容至第(n-2)箝位电容依次串联而成，一个箝位电容的负极与另一个箝位电容的正极相连；所述的箝位电容链路包括两个悬空端和(n-3)个连接端，每一端为一个节点，共(n-1)个节点，第一箝位电容的悬空端为所述的箝位电容链路的第1节点，依次至第(n-2)箝位电容的悬空端为所述的箝位电容链路的第(n-1)节点。
所述的箝位开关管链路包括(2n-4)个带有反并二极管的箝位开关管，其由第一带有反并二极管的箝位开关管至第(2n-4)带有反并二极管的箝位开关管依次串联而成，一个带有反并二极管的箝位开关管的发射极与另一个带有反并二极管的箝位开关管的集电极相连；所述的带有反并二极管的箝位开关管由一个开关管与一个二极管并联构成，所述的开关管的集电极与所述的二极管的负极相连，所述的开关管的发射极与所述的二极管的正极相连，所述的开关管的门极、集电极和发射极分别为所述的带有反并二极管的箝位开关管的门极、集电极和发射极；所述的箝位开关管链路包括两个悬空端和(2n-5)个连接端，每一端为一个节点，共(2n-3)个节点，第一带有反并二极管的箝位开关管的悬空端为所述的箝位开关管链路的第1节点，依次至第(2n-4)带有反并二极管的箝位开关管的悬空端为所述的箝位开关管链路的第(2n-3)节点，共(n-1)个奇数号节点和(n-2)个偶数号节点。
所述的功率开关管链路包括(2n-4)个带有反并二极管的功率开关管，其由第一带有反并二极管的功率开关管至第(2n-4)带有反并二极管的功率开关管依次串联而成，一个带有反并二极管的功率开关管的发射极与另一个带有反并二极管的功率开关管的集电极相连；所述的带有反并二极管的功率开关管由一个开关管与一个二极管并联构成，所述的开关管的集电极与所述的二极管的负极相连，所述的开关管的发射极与所述的二极管的正极相连，所述的开关管的门极、集电极和发射极分别为所述的带有反并二极管的箝位开关管的门极、集电极和发射极；所述的功率开关管链路包括两个悬空端和(2n-5)个连接端，每一端为一个节点，共(2n-3)个节点，第一带有反并二极管的功率开关管的悬空端为所述的功率开关管链路的第1节点，依次至第(2n-4)带有反并二极管的功率开关管的悬空端为所述的功率开关管链路的第(2n-3)节点。
所述的(n-3)条箝位二极管链路总共包括(n-2)×(n-3)个箝位二极管，第i箝位二极管链路由2i个箝位二极管依次串联而成，一个箝位二极管的正极与另一个箝位二极管的负极相连，i为大于0且小于等于(n-3)的自然数；所述的第i箝位二极管链路包括两个悬空端和(2i-1)个连接端，每一端为一个节点，共(2i+1)个节点，由箝位二极管负极构成的悬空端为所述的第i箝位二极管链路的第1节点，依次至由箝位二极管正极构成的悬空端为所述的第i箝位二极管链路的第(2i+1)节点，共(i+1)个奇数号节点和i个偶数号节点。
所述的箝位开关管链路中节点号为偶数的(n-2)个节点分别与所述的直流母线电容链路中的(n-2)个节点按照节点号升序顺序依次相连；所述的箝位开关管链路中节点号为奇数的(n-1)个节点分别与所述的箝位电容链路中的(n-1)个节点按照节点号升序顺序依次相连。
所述的第i箝位二极管链路中的第1节点与所述的功率开关管链路中的第(n-i-1)节点相连，所述的第i箝位二极管链路中的第(2i+1)节点与所述的功率开关管链路中的第(n+i-1)节点相连；所述的第i箝位二极管链路中除去悬空端的其它节点号为奇数的(i-1)个节点分别与第(i-1)箝位二极管链路中节点号为偶数的(i-1)个节点按照节点号升序顺序依次相连；所述的功率开关管链路中的第(n-1)节点为所述的多电平变换电路的输入/输出端。
所述的箝位电容链路中的第1节点和第(n-1)节点分别与所述的功率开关管链路中的第1节点和第(2n-3)节点相连；所述的箝位电容链路中除去悬空端的其它(n-3)个节点分别与第(n-3)箝位二极管链路中节点号为偶数的(n-3)个节点按照节点号升序顺序依次相连。
本发明的工作原理是：当箝位开关管链路中编号为奇数的带有反并二极管的箝位开关管导通时，直流母线电容链路中的第一直流母线电容至第(n-3)直流母线电容分别与箝位电容链路中的第一箝位电容至第(n-3)箝位电容依次并联，并获得相等的电容电压，而第(n-2)箝位电容将和所有直流母线电容一起完成多电平电压输出，起到升压作用；当箝位开关管链路中编号为偶数的带有反并二极管的箝位开关管导通时，直流母线电容链路中的第一直流母线电容至第(n-3)直流母线电容分别与箝位电容链路中的第二箝位电容至第(n-2)箝位电容依次并联，并获得相等的电容电压，而第一箝位电容将和所有直流母线电容一起完成多电平电压输出，起到升压作用。
优选的技术方案中，所述的箝位开关管链路中编号为奇数的带有反并二极管的箝位开关管的门极接收外部设备提供的相同的驱动信号，所述的箝位开关管链路中编号为偶数的带有反并二极管的箝位开关管的门极接收外部设备提供的相同的驱动信号，两组驱动信号工作周期特性互补。
优选的技术方案中，所述的功率开关管链路中的第j带有反并二极管的功率开关管的门极与第(n-2+j)带有反并二极管的功率开关管的门极分别接收外部设备提供的工作周期特性互补的驱动信号，j为大于0且小于等于(n-2)的自然数。
优选的技术方案中，所述的功率开关管链路中由第一带有反并二极管的功率开关管至第(n-2)带有反并二极管的功率开关管的(n-2)个带有反并二极管的功率开关管的门极驱动信号与所述的箝位开关管链路中的第一带有反并二极管的箝位开关管的门极驱动信号是采用消谐波调制方式、相移调制方式或空间矢量调制方式获得的。
优选的技术方案中，所述的带有反并二极管的箝位开关管和所述的带有反并二极管的功率开关管为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。
优选的技术方案中，所述的直流母线电容和所述的箝位电容为电解电容。
本发明的有益技术效果是：
(1)通过带有反并二极管的箝位开关管的交替导通，能够实现所有直流母线电容和箝位电容的动态自平衡，解决了目前二极管箝位型背靠背式三电平变换电路形式中的中点电位不平衡以及均压困难等问题，避免了变换电路采用额外的硬件电路或控制手段来实现直流母线电容平衡。
(2)通过箝位电容参与实际电平输出，能够实现多电平的升压输出功能，为扩大直流母线容量创造了很好的条件。
(3)由于多电平变换电路支持电流双向流动，因此可以实现无功功率和有功功率的双向流动和分别控制补偿，非常适用于交流负载调速或不同分布式发电系统的电网互联技术中。
(4)由于输出电平数的增加，功率器件的电压电流变化率以及系统输出谐波特性等均大为改善，开关控制灵活度提高，系统性能及可靠性大幅提升，开关频率及损耗大幅降低。
附图说明
图1为本发明混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路的结构原理示意图。
图2为本发明混合箝位背靠背式五电平AC-DC-AC变换电路的结构原理示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案和相关原理进行详细说明。
如图1所示，一种混合箝位背靠背式五电平AC-DC-AC变换电路包括整流侧五电平变换电路1、逆变侧五电平变换电路2和一条连接整流侧和逆变侧五电平变换电路的直流母线电容链路3。
如图2所示，直流母线电容链路包括2个直流母线电容，其由第一直流母线电容C1与第二直流母线电容C2串联而成，一个直流母线电容的负极与另一个直流母线电容的正极相连；直流母线电容链路包括两个悬空端和1个连接端，每一端为一个节点，共3个节点，第一直流母线电容C1的悬空端为直流母线电容链路的第1节点，依次至第二直流母线电容的悬空端为直流母线电容链路的第3节点。
整流侧五电平变换电路包括一条整流箝位电容链路，一条整流箝位开关管链路，一条整流功率开关管链路和两条整流箝位二极管链路。
整流箝位电容链路包括3个整流箝位电容，其由第一整流箝位电容Cr1至第三整流箝位电容Cr3依次串联而成，一个整流箝位电容的负极与另一个整流箝位电容的正极相连；整流箝位电容链路包括两个悬空端和2个连接端，每一端为一个节点，共4个节点，第一整流箝位电容Cr1的悬空端为整流箝位电容链路的第1节点，依次至第三整流箝位电容Cr3的悬空端为整流箝位电容链路的第4节点。
整流箝位开关管链路包括6个带有反并二极管的整流箝位开关管，其由第一带有反并二极管的整流箝位开关管Src1至第六带有反并二极管的整流箝位开关管Src6依次串联而成，其连接方式为一个带有反并二极管的整流箝位开关管的发射极与另一个带有反并二极管的整流箝位开关管的集电极相连；带有反并二极管的整流箝位开关管由一个开关管与一个二极管并联构成，其连接方式为开关管的集电极与二极管的负极相连，开关管的发射极与二极管的正极相连，开关管的门极、集电极和发射极分别为带有反并二极管的整流箝位开关管的门极、集电极和发射极；整流箝位开关管链路包括两个悬空端和5个连接端，每一端为一个节点，共7个节点，第一带有反并二极管的整流箝位开关管Src1的悬空端为整流箝位开关管链路的第1节点，依次至第六带有反并二极管的整流箝位开关管Src6的悬空端为整流箝位开关管链路的第7节点，共4个奇数号节点和3个偶数号节点。
整流功率开关管链路包括6个带有反并二极管的整流功率开关管，其由第一带有反并二极管的整流功率开关管Sr1至第六带有反并二极管的整流功率开关管Sr6依次串联而成，其连接方式为一个带有反并二极管的整流功率开关管的发射极与另一个带有反并二极管的整流功率开关管的集电极相连；带有反并二极管的整流功率开关管由一个开关管与一个二极管并联构成，其连接方式为开关管的集电极与二极管的负极相连，开关管的发射极与二极管的正极相连，开关管的门极、集电极和发射极分别为带有反并二极管的整流功率开关管的门极、集电极和发射极；整流功率开关管链路包括两个悬空端和5个连接端，每一端为一个节点，共7个节点，第一带有反并二极管的整流功率开关管Sr1的悬空端为整流功率开关管链路的第1节点，依次至第六带有反并二极管的整流功率开关管Sr6的悬空端为整流功率开关管链路的第7节点。
2条整流箝位二极管链路总共包括6个整流箝位二极管，第一整流箝位二极管链路由2个整流箝位二极管(Drc1、Drc2)依次串联而成，第二整流箝位二极管链路由4个整流箝位二极管(Drc3、Drc4、Drc5、Drc6)依次串联而成，其连接方式为一个整流箝位二极管的正极与另一个整流箝位二极管的负极相连；第一整流箝位二极管链路包括两个悬空端和1个连接端，每一端为一个节点，共3个节点，由第一整流箝位二极管Drc1负极构成的悬空端为第一整流箝位二极管链路的第1节点，依次至由第二整流箝位二极管Drc2正极构成的悬空端为第一整流箝位二极管链路的第3节点，共2个奇数号节点和1个偶数号节点；第二整流箝位二极管链路包括两个悬空端和3个连接端，每一端为一个节点，共5个节点，由第三整流箝位二极管Drc3负极构成的悬空端为第二整流箝位二极管链路的第1节点，依次至由第六整流箝位二极管Drc6正极构成的悬空端为第二整流箝位二极管链路的第5节点，共3个奇数号节点和2个偶数号节点。
整流箝位开关管链路中节点号为偶数的3个节点分别与直流母线电容链路中的3个节点按照节点号升序顺序依次相连；整流箝位开关管链路中节点号为奇数的4个节点分别与整流箝位电容链路中的4个节点按照节点号升序顺序依次相连。
第一整流箝位二极管链路中的第1节点与整流功率开关管链路中的第3节点相连，第一整流箝位二极管链路中的第3节点与整流功率开关管链路中的第5节点相连；第二整流箝位二极管链路中的第1节点与整流功率开关管链路中的第2节点相连，第二整流箝位二极管链路中的第5节点与整流功率开关管链路中的第6节点相连；第二整流箝位二极管链路中除去悬空端的节点号为奇数的第3节点与第一整流箝位二极管链路中节点号为偶数的第2节点相连；整流功率开关管链路中的第4节点为整流侧五电平变换电路的输入端。
整流箝位电容链路中的第1节点和第4节点分别与整流功率开关管链路中的第1节点和第7节点相连；整流箝位电容链路中除去悬空端的其它2个节点分别与第二整流箝位二极管链路中节点号为偶数的2个节点按照节点号升序顺序依次相连。
整流箝位开关管链路中编号为奇数的带有反并二极管的整流箝位开关管(Src1、Src3、Src5)的门极接收外部设备提供的相同的驱动信号，整流箝位开关管链路中编号为偶数的带有反并二极管的整流箝位开关管(Src2、Src4、Src6)的门极接收外部设备提供的相同的驱动信号，两组驱动信号工作周期特性互补。
整流功率开关管链路中的第一带有反并二极管的整流功率开关管Sr1至第三带有反并二极管的整流功率开关管Sr3的3个带有反并二极管的整流功率开关管的门极与第四带有反并二极管的整流功率开关管Sr4至第六带有反并二极管的整流功率开关管Sr6的3个带有反并二极管的整流功率开关管的门极分别接收外部设备提供的工作周期特性互补的驱动信号。
整流功率开关管链路中由第一带有反并二极管的整流功率开关管Sr1至第三带有反并二极管的整流功率开关管Sr3的3个带有反并二极管的整流功率开关管的门极驱动信号与整流箝位开关管链路中的第一带有反并二极管的整流箝位开关管Src1的门极驱动信号是采用消谐波调制方式、相移调制方式或空间矢量调制方式获得的。
逆变侧五电平变换电路包括一条逆变箝位电容链路，一条逆变箝位开关管链路，一条逆变功率开关管链路和两条逆变箝位二极管链路。
逆变箝位电容链路包括3个逆变箝位电容，其由第一逆变箝位电容Ci1至第三逆变箝位电容Ci3依次串联而成，一个逆变箝位电容的负极与另一个逆变箝位电容的正极相连；逆变箝位电容链路包括两个悬空端和2个连接端，每一端为一个节点，共4个节点，第一逆变箝位电容Ci1的悬空端为逆变箝位电容链路的第1节点，依次至第三逆变箝位电容Ci3的悬空端为逆变箝位电容链路的第4节点。
逆变箝位开关管链路包括6个带有反并二极管的逆变箝位开关管，其由第一带有反并二极管的逆变箝位开关管Sic1至第六带有反并二极管的逆变箝位开关管Sic6依次串联而成，其连接方式为一个带有反并二极管的逆变箝位开关管的发射极与另一个带有反并二极管的逆变箝位开关管的集电极相连；带有反并二极管的逆变箝位开关管由一个开关管与一个二极管并联构成，其连接方式为开关管的集电极与二极管的负极相连，开关管的发射极与二极管的正极相连，开关管的门极、集电极和发射极分别为带有反并二极管的逆变箝位开关管的门极、集电极和发射极；逆变箝位开关管链路包括两个悬空端和5个连接端，每一端为一个节点，共7个节点，第一带有反并二极管的逆变箝位开关管Sic1的悬空端为逆变箝位开关管链路的第1节点，依次至第六带有反并二极管的逆变箝位开关管Sic6的悬空端为逆变箝位开关管链路的第7节点，共4个奇数号节点和3个偶数号节点。
逆变功率开关管链路包括6个带有反并二极管的逆变功率开关管，其由第一带有反并二极管的逆变功率开关管Si1至第六带有反并二极管的逆变功率开关管Si6依次串联而成，其连接方式为一个带有反并二极管的逆变功率开关管的发射极与另一个带有反并二极管的逆变功率开关管的集电极相连；带有反并二极管的逆变功率开关管由一个开关管与一个二极管并联构成，其连接方式为开关管的集电极与二极管的负极相连，开关管的发射极与二极管的正极相连，开关管的门极、集电极和发射极分别为带有反并二极管的逆变功率开关管的门极、集电极和发射极；逆变功率开关管链路包括两个悬空端和5个连接端，每一端为一个节点，共7个节点，第一带有反并二极管的逆变功率开关管Si1的悬空端为逆变功率开关管链路的第1节点，依次至第六带有反并二极管的逆变功率开关管Si6的悬空端为逆变功率开关管链路的第7节点。
2条逆变箝位二极管链路总共包括6个逆变箝位二极管，第一逆变箝位二极管链路由2个逆变箝位二极管(Dic1、Dic2)依次串联而成，第二逆变箝位二极管链路由4个逆变箝位二极管(Dic3、Dic4、Dic5、Dic6)依次串联而成，其连接方式为一个逆变箝位二极管的正极与另一个逆变箝位二极管的负极相连；第一逆变箝位二极管链路包括两个悬空端和1个连接端，每一端为一个节点，共3个节点，由第一逆变箝位二极管Dic1负极构成的悬空端为第一逆变箝位二极管链路的第1节点，依次至由第二逆变箝位二极管Dic2正极构成的悬空端为第一逆变箝位二极管链路的第3节点，共2个奇数号节点和1个偶数号节点；第二逆变箝位二极管链路包括两个悬空端和3个连接端，每一端为一个节点，共5个节点，由第三逆变箝位二极管Dic3负极构成的悬空端为第二逆变箝位二极管链路的第1节点，依次至由第六逆变箝位二极管Dic6正极构成的悬空端为第二逆变箝位二极管链路的第5节点，共3个奇数号节点和2个偶数号节点。
逆变箝位开关管链路中节点号为偶数的3个节点分别与直流母线电容链路中的3个节点按照节点号升序顺序依次相连；逆变箝位开关管链路中节点号为奇数的4个节点分别与逆变箝位电容链路中的4个节点按照节点号升序顺序依次相连。
第一逆变箝位二极管链路中的第1节点与逆变功率开关管链路中的第3节点相连，第一逆变箝位二极管链路中的第3节点与逆变功率开关管链路中的第5节点相连；第二逆变箝位二极管链路中的第1节点与逆变功率开关管链路中的第2节点相连，第二逆变箝位二极管链路中的第5节点与逆变功率开关管链路中的第6节点相连；第二逆变箝位二极管链路中除去悬空端的节点号为奇数的第3节点与第一逆变箝位二极管链路中节点号为偶数的第2节点相连；逆变功率开关管链路中的第4节点为逆变侧五电平变换电路的输出端。
逆变箝位电容链路中的第1节点和第4节点分别与逆变功率开关管链路中的第1节点和第7节点相连；逆变箝位电容链路中除去悬空端的其它2个节点分别与第二逆变箝位二极管链路中节点号为偶数的2个节点按照节点号升序顺序依次相连。
逆变箝位开关管链路中编号为奇数的带有反并二极管的逆变箝位开关管(Sic1、Sic3、Sic5)的门极接收外部设备提供的相同的驱动信号，逆变箝位开关管链路中编号为偶数的带有反并二极管的逆变箝位开关管(Sic2、Sic4、Sic6)的门极接收外部设备提供的相同的驱动信号，两组驱动信号工作周期特性互补。
逆变功率开关管链路中的第一带有反并二极管的逆变功率开关管Si1至第三带有反并二极管的逆变功率开关管Si3的3个带有反并二极管的逆变功率开关管的门极与第四带有反并二极管的逆变功率开关管Si4至第六带有反并二极管的逆变功率开关管Si6的3个带有反并二极管的逆变功率开关管的门极分别接收外部设备提供的工作周期特性互补的驱动信号。
逆变功率开关管链路中由第一带有反并二极管的逆变功率开关管Si1至第三带有反并二极管的逆变功率开关管Si3的3个带有反并二极管的逆变功率开关管的门极驱动信号与逆变箝位开关管链路中的第一带有反并二极管的逆变箝位开关管Sic1的门极驱动信号是采用消谐波调制方式、相移调制方式或空间矢量调制方式获得的。
当箝位开关管链路中编号为奇数的带有反并二极管的箝位开关管(Src1、Src3、Src5或Sic1、Sic3、Sic5)导通时，直流母线电容链路中的第一直流母线电容C1和第二直流母线电容C2分别与箝位电容链路中的第一箝位电容(Cr1或Ci1)和第二箝位电容(Cr2或Ci2)依次并联，并获得相等的电容电压，而第三箝位电容(Cr3或Ci3)将和所有直流母线电容一起完成多电平电压输出，起到升压作用；当箝位开关管链路中编号为偶数的带有反并二极管的箝位开关管(Src2、Src4、Src6或Sic2、Sic4、Sic6)导通时，直流母线电容链路中的第一直流母线电容C1和第二直流母线电容C2分别与箝位电容链路中的第二箝位电容(Cr2或Ci2)至第三箝位电容(Cr3或Ci3)依次并联，并获得相等的电容电压，而第一箝位电容(Cr1或Ci1)将和所有直流母线电容一起完成多电平电压输出，起到升压作用。
本发明的混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，其整流侧和逆变侧的所有带有反并二极管的箝位开关管和带有反并二极管的功率开关管是否保持同步工作，不会影响输入和输出电压结果的正确性，而只会影响直流母线的电压纹波，以及输入侧和输出侧的电压纹波。因此，整流侧的所有带有反并二极管的开关管(包括带有反并二极管的箝位开关管和带有反并二极管的功率开关管)和逆变侧的所有带有反并二极管的开关管可以工作在不同的载波频率以及不同的相位下，保证输入和输出电压结果的正确性。

Claims (6)

1.一种混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，包括两组多电平变换电路和一条连接两组多电平变换电路的直流母线电容链路，其特征在于：
所述的直流母线电容链路包括(n-3)个直流母线电容，其由第一直流母线电容至第(n-3)直流母线电容依次串联而成，一个直流母线电容的负极与另一个直流母线电容的正极相连；所述的直流母线电容链路包括两个悬空端和(n-4)个连接端，每一端为一个节点，共(n-2)个节点，第一直流母线电容的悬空端为所述的直流母线电容链路的第1节点，依次至第(n-3)直流母线电容的悬空端为所述的直流母线电容链路的第(n-2)节点，n为电平数，且n为大于等于4的自然数；
所述的多电平变换电路包括一条箝位电容链路，一条箝位开关管链路，一条功率开关管链路和(n-3)条箝位二极管链路，
所述的箝位电容链路包括(n-2)个箝位电容，其由第一箝位电容至第(n-2)箝位电容依次串联而成，一个箝位电容的负极与另一个箝位电容的正极相连；所述的箝位电容链路包括两个悬空端和(n-3)个连接端，每一端为一个节点，共(n-1)个节点，第一箝位电容的悬空端为所述的箝位电容链路的第1节点，依次至第(n-2)箝位电容的悬空端为所述的箝位电容链路的第(n-1)节点；
所述的箝位开关管链路包括(2n-4)个带有反并二极管的箝位开关管，其由第一带有反并二极管的箝位开关管至第(2n-4)带有反并二极管的箝位开关管依次串联而成，一个带有反并二极管的箝位开关管的发射极与另一个带有反并二极管的箝位开关管的集电极相连；所述的箝位开关管链路包括两个悬空端和(2n-5)个连接端，每一端为一个节点，共(2n-3)个节点，第一带有反并二极管的箝位开关管的悬空端为所述的箝位开关管链路的第1节点，依次至第(2n-4)带有反并二极管的箝位开关管的悬空端为所述的箝位开关管链路的第(2n-3)节点，共(n-1)个奇数号节点和(n-2)个偶数号节点；
所述的功率开关管链路包括(2n-4)个带有反并二极管的功率开关管，其由第一带有反并二极管的功率开关管至第(2n-4)带有反并二极管的功率开关管依次串联而成，一个带有反并二极管的功率开关管的发射极与另一个带有反并二极管的功率开关管的集电极相连；所述的功率开关管链路包括两个悬空端和(2n-5)个连接端，每一端为一个节点，共(2n-3)个节点，第一带有反并二极管的功率开关管的悬空端为所述的功率开关管链路的第1节点，依次至第(2n-4)带有反并二极管的功率开关管的悬空端为所述的功率开关管链路的第(2n-3)节点；
所述的(n-3)条箝位二极管链路总共包括(n-2)×(n-3)个箝位二极管，第i箝位二极管链路由2i个箝位二极管依次串联而成，一个箝位二极管的正极与另一个箝位二极管的负极相连，i为大于0且小于等于(n-3)的自然数；所述的第i箝位二极管链路包括两个悬空端和(2i-1)个连接端，每一端为一个节点，共(2i+1)个节点，由箝位二极管负极构成的悬空端为所述的第i箝位二极管链路的第1节点，依次至由箝位二极管正极构成的悬空端为所述的第i箝位二极管链路的第(2i+1)节点，共(i+1)个奇数号节点和i个偶数号节点；
所述的箝位开关管链路中节点号为偶数的(n-2)个节点分别与所述的直流母线电容链路中的(n-2)个节点按照节点号升序顺序依次相连；所述的箝位开关管链路中节点号为奇数的(n-1)个节点分别与所述的箝位电容链路中的(n-1)个节点按照节点号升序顺序依次相连；
所述的第i箝位二极管链路中的第1节点与所述的功率开关管链路中的第(n-i-1)节点相连，所述的第i箝位二极管链路中的第(2i+1)节点与所述的功率开关管链路中的第(n+i-1)节点相连；所述的第i箝位二极管链路中除去悬空端的其它节点号为奇数的(i-1)个节点分别与第(i-1)箝位二极管链路中节点号为偶数的(i-1)个节点按照节点号升序顺序依次相连；所述的功率开关管链路中的第(n-1)节点为所述的多电平变换电路的输入/输出端；
所述的箝位电容链路中的第1节点和第(n-1)节点分别与所述的功率开关管链路中的第1节点和第(2n-3)节点相连；所述的箝位电容链路中除去悬空端的其它(n-3)个节点分别与第(n-3)箝位二极管链路中节点号为偶数的(n-3)个节点按照节点号升序顺序依次相连。
2.根据权利要求1所述的混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，其特征在于：所述的箝位开关管链路中编号为奇数的带有反并二极管的箝位开关管的门极接收外部设备提供的相同的驱动信号，所述的箝位开关管链路中编号为偶数的带有反并二极管的箝位开关管的门极接收外部设备提供的相同的驱动信号，两组驱动信号工作周期特性互补。
3.根据权利要求1所述的混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，其特征在于：所述的功率开关管链路中的第j带有反并二极管的功率开关管的门极与第(n-2+j)带有反并二极管的功率开关管的门极分别接收外部设备提供的工作周期特性互补的驱动信号，j为大于0且小于等于(n-2)的自然数。
4.根据权利要求1所述的混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，其特征在于：所述的功率开关管链路中由第一带有反并二极管的功率开关管至第(n-2)带有反并二极管的功率开关管的(n-2)个带有反并二极管的功率开关管的门极驱动信号与所述的箝位开关管链路中的第一带有反并二极管的箝位开关管的门极驱动信号是采用消谐波调制方式、相移调制方式或空间矢量调制方式获得的。
5.根据权利要求1所述的混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，其特征在于：所述的带有反并二极管的箝位开关管和所述的带有反并二极管的功率开关管为IGBT。
6.根据权利要求1所述的混合箝位背靠背式多电平AC-DC-AC变换电路，其特征在于：所述的直流母线电容和所述的箝位电容为电解电容。
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