CN102420533B - 一种混合多电平换流电路拓扑结构及其控制方法 - Google Patents

一种混合多电平换流电路拓扑结构及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种混合多电平换流电路拓扑结构,包括三相共用的直流母线、A相桥电路、B相桥电路、C相桥电路,A相LC滤波电路、B相LC滤波电路、C相LC滤波电路。A相桥电路的第一引出端子、B相桥电路的第一引出端子、C相桥电路的第一引出端子与正直流母线连接;A相桥电路的第二引出端子、B相桥电路的第二引出端子、C相桥部分的第二引出端子与负直流母线连接;A相桥电路的第三引出端子、第四引出端子与A相滤波电路连接,B相桥电路的第三引出端子、第四引出端子与B相滤波电路连接,C相桥电路的第三引出端子、第四引出端子与C相滤波电路连接。本发明可应用在backto-back结构及在直流输电(HVDC)、交流柔性输配电(FACTS)。

Description

一种混合多电平换流电路拓扑结构及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种交直流转换电路拓扑及其控制方法,特别涉及一种为高压大功率应用场合提供三相交流与直流转换的混合多电平换流电路拓扑结构及其控制方法。
背景技术
[0002] 高压大功率换流技术的研究始于上世纪70年代,相继出现了功率器件的串并联技术、逆变器并联技术和变压器多重化技术、组合逆变器相移SPWM技术、这些技术虽然提高了换流技术的电压和功率等级,但多数在输出电压波形质量,可靠性,损耗等方面并没有达到让客户满意的程度。多电平变流电路拓扑技术是一种通过改进变流器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型逆变器,它具有采用低耐压器件实现高压大功率输出,无需动态均压电路,输出电平数增加,改善输出电压波形,开关损耗小,在相同直流母线电压条件下,较两电平逆变器,dv/dt应力大为减少等优势。1977年德国学者Holtz首次提出了三电平逆变拓扑,之后相继出现了二极管箝位多电平变流拓扑、飞跨电容多电平变流拓扑、级联型多电平变流拓扑。但他们都存在着各自的不足,例如多电平二极管箝位变流拓扑的电容均压问题,飞跨电容多电平变流拓扑采用过多的电容器件影响电路可靠性。级联型多电平变流拓扑无法共用直流母线,每个子单元需要单独配置直流电源,增加了系统成本等缺点。随着电力电子技术的飞速发展,近年来各种新型多电平变流拓扑和新型电力电子器件相继出现。使得高压大功率应用选择更加多重化。例如西门子公司提出的模块化组合多电平变流技术(MMC),该结构每相由上下两个桥臂组成,每个桥臂由η个半桥或全桥子单元级联然后一个电感串联构成,通过控制IGBT的导通与关断,控制每个功率单元在桥臂中投入或切除。单相桥臂输出电压等于正直流母线电压减去上桥臂级联功率单元输出电压,同时也等于负直流母线电压加上下桥臂级联功率单元输出电压。虽然这种结构通过模块化设计使系统具有高冗余性,高可靠性,但是这种结构输出同样电压等级的交流电压需要提供的直流电压为交流电压峰峰值,导致直流母线电压等级依然太高,需要级联子单元数目太多,从而导致整个系统开关管损耗之和较大,控制复杂,系统成本增加。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服现有变流拓扑所需直流母线电压等级高、器件数目多、系统损耗大、控制复杂、系统成本高等缺点,立足于混合多电平技术,提出了一种三相可共用直流母线,适用于back-to-back结构的新型高压大功率变流拓扑结构及其控制方法。本发明装置与传统的三相变流器相比,在输出同等电压等级三相交流电的前提下,能够有效降低直流母线电压等级,减少元件的数量,降低变流器损耗与制造成本,简化变流器结构和控制方法,提高系统的可靠性。
[0004] 为达到上述发明目的,本发明提出一种基于混合多电平技术的变流拓扑,包括:三相共用的正直流母线、三相共用的负直流母线和A相桥电路、B相桥电路、C相桥电路、A相LC滤波电路、B相LC滤波电路、C相LC滤波电路和doubleY- Δ变压器。A相桥电路的第一引出端子、B相桥电路的第一引出端子、C相桥电路的第一引出端子与正直流母线连接。A相桥电路的第二引出端子、B相桥电路的第二引出端子、C相桥电路的第二引出端子与负直流母线连接。A相桥电路的第三引出端子和第四引出端子与A相滤波电路输入端连接,B相桥电路的第三引出端子和第四引出端子与B相滤波电路输入端连接,C相桥电路的第三引出端子和第四引出端子与C相滤波电路输入端连接。A相滤波电路输出端、B相滤波电路输出端、C相滤波电路输出端与doubleY-Λ变压器的输入端连接。
[0005] 所述的A相桥电路包括A相波形产生部分、A相波形导向部分和A相缓冲电感。所述的B相桥电路包括B相波形产生部分、B相波形导向部分和B相缓冲电感。所述的C相桥电路包括C相波形产生部分、C相波形导向部分和C相缓冲电感。
[0006] A相波形产生部分的第二引出端子与A相缓冲电感的一端连接,A相缓冲电感的另一端与A相波形导向部分的第一引出端子连接。B相波形产生部分的第二引出端子与B相缓冲电感的一端连接,B相缓冲电感的另一端与B相波形导向部分的第一引出端子连接。C相波形产生部分的第二引出端子与C相缓冲电感的一端连接,C相缓冲电感的另一端与C相波形导向部分的第一引出端子连接。
[0007] 所述的A相桥电路或B相桥电路或C相桥电路中,单相桥电路的波形产生部分、波形导向部分、缓冲电感的结构描述如下:所述的单相桥电路的波形产生部分由η个半桥子单元级联组成,η为大于或等于I的整数,无取值上限;所述的半桥子单元由两个绝缘栅双极晶体管IGBT串联后与电容并联组成,连接方式如下:半桥子单元第一绝缘栅双极晶体管的集电极与半桥子单元电容阳极连接,半桥子单元第一绝缘栅双极晶体管的发射极与半桥子单元第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接,并将连接点引出作为半桥子单元的第一引出端子;半桥子单元第二绝缘栅双极晶体管的发射极与半桥子单元电容的阴极连接,并将连接点引出作为半桥子单元的第二引出端子;所述波形产生部分连接方式叙述如下:第一半桥子单元的第一引出端子作为波形产生部分的第一输出端子与正直流母线连接,第一半桥子单元的第二引出端子与第二半桥子单元的第一引出端子连接,第二半桥子单元的第二引出端子与第三半桥子单元的第一引出端子连接,以此类推,第η-1半桥子单元的第二引出端子与第η半桥子单元的第一引出端子连接,第η半桥子单元的第二引出端子作为波形产生部分的第二输出端子。波形产生部分第一输出端子与正直流母线连接,第二输出端子通过缓冲电感与波形导向部分的第一引出端子连接,波形导向部分的第二引出端子与负直流母线连接。
[0008] 所述的单相桥电路波形导向部分由H桥型电路构成,所述的H桥型电路由第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂构成,每个桥臂分别由m个绝缘栅双极晶体管IGBT串联组成,m为大于或等于I的整数,无取值上限,各桥臂连接方式相同:桥臂第一绝缘栅双极晶体管的集电极引出作为桥臂的第一引出端子,桥臂第一绝缘栅双极晶体管的发射极与桥臂第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接,以此类推,桥臂第η-1绝缘栅双极晶体管的发射极与桥臂第η绝缘栅双极晶体管的集电极连接,桥臂第η绝缘栅双极晶体管的发射极作为桥臂的第二引出端子。所述的波形导向部分的第一桥臂的第一引出端子与波形导向部分第二桥臂的第一引出端子连接,此连接点作为波形导向部分的第一引出端子波形导向部分第一桥臂的第二引出端子与波形导向部分第三桥臂的第一引出端子连接,此连接点为单相桥电路的第一引出端子;波形导向部分第二桥臂的第二引出端子与波形导向部分第四桥臂的第一引出端子连接,此连接点为单相桥电路的第二引出端子;波形导向部分第三桥臂的第二引出端子与波形导向部分第四桥臂的第二引出端子连接,此连接点作为波形导向部分的第二引出端子;单相桥电路的第一引出端子、单相桥电路的第二引出端子连接对应相LC滤波电路的输入端口 ;LC滤波电路电感L的一端与单相桥电路的第一引出端子连接,LC滤波电路电感L的另一端与电容C的阳极连接,并与电容C的阴极共同作为LC滤波电路的两个输出端子引出。
[0009] 单相桥电路的波形产生部分与波形导向部分的位置可以互换,即波形导向部分的一端与正直流母线连接,波形导向部分的另一端通过缓冲电感与波形产生部分的一端连接,波形产生部分的另一端与负直流母线连接;缓冲电感可置于波形导向部分与波形产生部分之间,或在波形导向部分H桥电路第一桥臂与第三桥臂、第二桥臂与第四桥臂之间各放置一个缓冲电感代替波形导向部分与波形产生部分之间的缓冲电感。
[0010] 所述的单相桥电路的波形导向部分的H桥型电路中,可用其他类型的全控型器件替代组成H桥型电路桥臂的绝缘栅双极晶体管IGBT。
[0011] 对本发明拓扑的控制方法是:
[0012] A、B、C三相的波形产生部分的调制方法基于载波移相PWM控制策略,具体控制方式描述如下:以同一个调制波与相位互差2 π /n的n个三角波进行比较,输出η路SPWM信号,每路SPWM信号分为两路驱动信号,一路驱动信号驱动所述的半桥子单元的第一绝缘栅双极晶体管IGBT,另一路驱动信号通过非门并设置死区驱动所述的半桥子单元的第二绝缘栅双极晶体管IGBT。A相桥电路波形产生部分的调制信号、B相桥电路波形产生部分的调制信号、C相桥电路波形产生部分的调制信号互差120度。A相桥波形产生部分、B相波形产生部分、C相波形产生部分采用的调制波波形表达式如下所示:
[0013] Ua= (1-m I sin ω 11)
[0014] Ub = (1-m I sin (ω t) +2 π /3 I)
[0015] Uc = (l_m I sin (ω t)+4 π/3 I)
[0016] 式中,m为移相载波PWM调制方式中的调制比。Ua为A相波形产生部分调制波,Ub为A相波形产生部分调制波,U。为C相波形产生部分调制波。ω为角速度,t为时间,ω =2 31 f,f为输出交流电频率。
[0017] A、B、C三相的波形导向部分驱动方式描述如下:采用与对应A相、B相、C相桥电路波形产生部分调制波相位相同,频率50Hz的方波信号,则A相桥电路波形导向部分的驱动信号与B相桥电路波形导向部分的驱动信号与C相桥电路波形导向部分的驱动信号也互差120度。将每相驱动信号分为两路,一路驱动波形导向部分H桥电路第一桥臂与第四桥臂,另一路相位相反驱动所述的H桥电路的第二桥臂与第三桥臂。使得前半个周期第一桥臂与第四桥臂导通,H桥输出类似正弦正半波的多电平阶梯波;后半个周期第二桥臂与第三桥臂导通,H桥输出类似正弦负半波的多电平阶梯波。整个周期输出类似完整正弦波的多电平阶梯波形。B相、C相的变流方式与A相同,相位互差120度,整个A、B、C三相变流拓扑按照上述工作方式输出类似完整三相正弦波的多电平阶梯PWM波电压波形,经过LC滤波器输出三相六线正弦波电压波形。
[0018] A相、B相、C相的波形产生部分所有半桥子单元电容的电压均衡控制方法如下:半桥子单元中的电容两端安装电压传感器,采集η个半桥子单元中的电容两端电压,通过PI调节器进行比例积分计算,将输出值与到对应相波形产生部分调制波信号叠加,将叠加之后的信号与三角波比较,若叠加之后的信号大于三角波,则输出高电平驱动信号。若叠加之后的信号小于三角波,则输出低电平驱动信号,一个周期内的高电平信号与电平信号组成SPWM驱动信号,在不过于影响输出波形的前提下,通过SPWM信号的微小改变微调半桥子单元接入与脱离主电路结构的时间,从而调整电容电压。
[0019] 本发明的交直流转换电路拓扑可以工作在逆变工作模式,也可工作在整流工作模式,两种工作模式电路结构与控制方法相同。本发明可应用在单相变流场合,也可应用在三相变流场合,可以应用于直流输电系统、统一电能质量调节装置、动态电压跌落补偿器、静止同步补偿器、配电同步补偿器、有源电力滤波器等各种需要交直流变换的装置中。
[0020] 直流母线电压大致等于波形产生部分各子单元电容电压之和,直流母线减去级联子单元输出电压即可得到正弦正半波电压,因此直流母线电压取值仅需为输出交流电压峰峰值的一半。因而需要的级联半桥子单元数目也仅为现有技术MMC结构的四分之一。
[0021] 本发明的优点:
[0022] a.与其他共用直流母线的多电平逆变器相比,本发明所采用的拓扑结构直流母线电压仅为逆变输出交流电压峰峰值的一半;
[0023] b.若输出同电压等级的交流电压,采用相同型号的IGBT,该结构所需IGBT数目为MMC结构的一半,降低了系统成本;
[0024] c.该变流拓扑结构采用混合多电平变流技术,仅有1/3的IGBT工作在载波频率,另外2/3的IGBT属于波形导向部分,工作在工频软开关模式,有效降低变流器损耗,提高了系统可靠性,如果采用导通损耗低的IGCT或者GTO取代串联IGBT管,变流器效率将更高;
[0025] d.由于串联IGBT都工作在工频软开关模式,关断承受的du/dt很低,无需考虑串联均压问题,驱动电路设计简单,无需采用复杂的纳秒级同步驱动技术;
[0026] e.该变流拓扑结构拓展简单,可通过增加波形产生部分级联子单元数量和波形导向部分串联IGBT数量来提升电压等级;
[0027] f.由于采用了 N个子单元级联结构,总体等效开关频率为单个子单元的N倍,输出电压阶数多,产生的谐波含量低;
[0028] g.整个换流拓扑采用的都为低压常规部件,器件购买容易,制造难度相对较小,可
靠性高;
[0029] h.对于不同的电压和电流等级,可以通过简单连接达到要求;
[0030] 1.系统故障冗余高,一个级联子单元出现故障,系统仍可降额工作。
附图说明
[0031 ] 下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0032] 图1为本发明的结构示意图;
[0033] 图2为本发明的具体实施方式电路原理图;
[0034] 图3为本发明用于动态电压跌落补偿器实施例的整体控制原理示意图;
[0035] 图4为本发明用于动态电压跌落补偿器实施例A相控制原理示意图;
[0036] 图5为本发明用于动态电压跌落补偿器的电路原理图;
[0037] 图6为本发明用于直流输电back-to-back结构的电路原理图。具体实施方式
[0038] 如图1所示,本发明包括:三相共用的正直流母线、三相共用的负直流母线和A相桥电路、B相桥电路、C相桥电路、A相LC滤波电路、B相LC滤波电路、C相LC滤波电路、doubleY-Δ变压器。A相桥电路的第一引出端子1、B相桥电路的第一引出端子2、C相桥电路的第一引出端子3与正直流母线连接。A相桥电路的第二引出端子10、B相桥电路的第二引出端子11、C相桥电路的第二引出端子12与负直流母线连接。A相桥电路的第三引出端子13与第四引出端子14与A相滤波电路输入端连接,B相桥电路的第三引出端子15与第四引出端子16与B相滤波电路输入端连接,C相桥电路的第三引出端子17与第四引出端子18与C相滤波电路输入端连接。A相滤波电路输出端、B相滤波电路输出端、C相滤波电路输出端与doubleY-Δ变压器的输入端连接。
[0039] 所述的A相桥电路或B相桥电路或C相桥电路中,所述的单相桥电路的波形产生部分由η个半桥子单元级联组成,η为大于或等于I的整数,无取值上限;所述的半桥子单元由两个绝缘栅双极晶体管串联后与电容并联组成,即:所述的第一半桥子单元CELLl第一绝缘栅双极晶体管Kl的集电极与半桥子单元电容的阳极连接,第一半桥子单元CELLl第一绝缘栅双极晶体管Kl的发射极与第一半桥子单元CELLl第二绝缘栅双极晶体管Κ2的集电极连接,此连接点作为第一半桥子单元CELLl第一引出端子20,所述的第一引出端子20作为波形产生部分的第一输出端子I ;所述的第一半桥子单元CELLl的第二绝缘栅双极晶体管Κ2的发射极与第一半桥子单元电容Cl的阴极连接,此连接点作为第一半桥子单元CELLl的第二引出端子21 ;所述的第二引出端子21与第二半桥子单元CELL2的第一引出端子22连接,第二半桥子单元的第二引出端子23与第三半桥子单元的第一引出端子连接,以此类推,第η-1半桥子单元的第二引出端子与第η半桥子单元的第一引出端子24连接,第η半桥子单元CELLn的第二引出端子25作为波形产生部分的第二输出端子4 ;所述的波形产生部分的第一输出端子I与正直流母线连接,波形产生部分的第二输出端子4通过缓冲电感与波形导向部分的第一引出端子7连接,波形导向部分的第二引出端子10与负直流母线连接。
[0040] 所述的A相桥电路或B相桥电路或C相桥电路中,单相桥电路波形导向部分由H桥型电路构成,所述的H桥型电路由第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂构成,每个桥臂分别由m个绝缘栅双极晶体管串联组成,m的取值大于直流母线电压等级与所选择全控型器件可承受关断电压之比,无取值上限,各桥臂连接方式相同:桥臂第一绝缘栅双极晶体管的集电极引出作为桥臂的第一引出端子,桥臂第一绝缘栅双极晶体管的发射极与桥臂第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接,以此类推,桥臂第η-1绝缘栅双极晶体管的发射极与桥臂第η绝缘栅双极晶体管的集电极连接,桥臂第η绝缘栅双极晶体管的发射极引出作为桥臂的第二引出端子;所述的波形导向部分的第一桥臂的第一引出端子与波形导向部分第二桥臂的第一引出端子连接,此连接点作为波形导向部分的第一引出端子(7)波形导向部分第一桥臂的第二引出端子与波形导向部分第三桥臂的第一引出端子连接,此连接点为单相桥电路的第一引出端子(13);波形导向部分第二桥臂的第二引出端子与波形导向部分第四桥臂的第一引出端子连接,此连接点为单相桥电路的第二引出端子(14);波形导向部分第三桥臂的第二引出端子与波形导向部分第四桥臂的第二引出端子连接,此连接点作为波形导向部分的第二引出端子(10);所述单相桥电路的第一引出端子(13)、单相桥电路的第二引出端子(14)连接对应相LC滤波电路的输入端口 ;LC滤波电路电感L的一端与电容C的阴极连接,LC滤波电路电感L的另一端与电容C的阳极连接,并与电容C的阴极共同作为LC滤波电路的两个输出端子引出。
[0041] 图2所示为本发明混合多电平换流电路拓扑的具体实施方式电路原理图,本实施例包括:三相共用的直流母线P、N、A相桥电路、B相桥电路、C相桥电路、A相LC滤波电路、B相LC滤波电路、C相LC滤波电路。
[0042] 所述的A相桥电路的第一引出端子101与三相公共正直流母线P连接,A相桥电路的第二引出端子110与三相公共负直流母线N连接。A相桥电路的第三引出端子108与A相LC滤波电路的电感一端连接,A相LC滤波电路的电容阴极与A相桥电路的第四引出端子109连接。
[0043] 所述的B相桥电路的第一引出端子111与三相公共正直流母线P连接,B相桥电路的第二引出端子120与三相公共负直流母线N连接。B相桥电路的第三引出端子118与B相LC滤波电路的电感一端连接,B相LC滤波电路的电容阴极与B相桥电路的第四引出端子119连接。
[0044] 所述的C相桥电路的第一引出端子121与三相公共正直流母线P连接,B相桥电路的第二引出端子130与三相公共负直流母线N连接。B相桥电路的第三引出端子128与B相LC滤波电路的电感一端连接,B相LC滤波电路的电容阴极与B相桥电路的第四引出端子129连接。
[0045] 所述的A相桥电路包括A相波形产生部分、A相波形导向部分、A相缓冲电感。所述的B相桥电路包括B相波形产生部分、B相波形导向部分、B相缓冲电感。所述的C相桥电路包括C相波形产生部分、C相波形导向部分、C相缓冲电感。
[0046] 所述的A相波形产生部分的连接方式描述如下:
[0047] A相第一绝缘栅双极晶体管IGBT al的发射极与A相第二绝缘栅双极晶体管IGBTa2的集电极连接,A相第一绝缘栅双极晶体管IGBT al的集电极与A相第一悬浮电容Cal的阳极连接,A相第二绝缘栅双极晶体管IGBT a2的发射极与A相第一悬浮电容Cal的阴极连接,组成A相第一半桥功率子单元Mai。A相第一绝缘栅双极晶体管IGBT al的发射极与A相第二绝缘栅双极晶体管IGBT a2的集电极的连接点引出作为A相第一半桥功率子单元的第一引出端子101,A相第二绝缘栅双极晶体管IGBTa2的发射极与A相第一悬浮电容Cal的阴极的连接点引出作为A相第一半桥功率子单元的第二引出端子102。
[0048] A相第三绝缘栅双极晶体管IGBT a3的发射极与A相第四绝缘栅双极晶体管IGBTa4的极电极连接,A相第三绝缘栅双极晶体管IGBT a3的集电极与A相第二悬浮电容Ca2的阳极连接,A相第四绝缘栅双极晶体管IGBT a4的发射极与A相第二悬浮电容Ca2的阴极连接,组成A相第二半桥功率子单元Ma2。A相第三绝缘栅双极晶体管IGBTa3的发射极与A相第四绝缘栅双极晶体管IGBT a4的集电极的连接点引出作为A相第三半桥功率子单元的第一引出端子103,A相第四绝缘栅双极晶体管IGBT a4的发射极与A相第二悬浮电容Ca2的阴极的连接点引出作为A相第二半桥功率子单元的第二引出端子104。
[0049] A相第五绝缘栅双极晶体管IGBT a5的发射极与A相第六绝缘栅双极晶体管IGBTa6的集电极连接,A相第五绝缘栅双极晶体管IGBT a5的集电极与A相第三悬浮电容Ca3的阳极连接,A相第六绝缘栅双极晶体管IGBT a6的发射极与A相第三悬浮电容Ca3的阴极连接,组成A相第三半桥功率子单元Ma3。A相第五绝缘栅双极晶体管IGBT a5的发射极与A相第六绝缘栅双极晶体管IGBT a6的集电极的连接点引出作为A相第三半桥功率子单元的第一引出端子105,A相第六绝缘栅双极晶体管IGBT a6的发射极与A相第三悬浮电容Ca3的阴极的连接点引出作为A相第三半桥功率子单元的第二引出端子106。
[0050] A相第一半桥功率子单元Cal的第二引出端子102与A相第二半桥功率子单元的第一引出端子103连接,A相第二半桥功率子单元的第二引出端子104与A相第三半桥功率子单元的第一引出端子105连接,组成A相波形产生部分。A相第一半桥功率子单元的第一引出端子为A相波形产生部分的第一引出端子101,A相第三半桥功率子单元的第二引出端子为A相波形产生部分的第二引出端子106,
[0051] 作为本发明一种混合多电平换流电路拓扑及其控制方法的具体实施方式,A相波形导向部分由左上桥臂、左下桥臂、右上桥臂、右下桥臂组成。A相波形导向部分连接方式叙述如下:
[0052] A相第七绝缘栅双极晶体管IGBT a7的发射极与A相第八绝缘栅双极晶体管IGBTa8的集电极连接,A相第八绝缘栅双极晶体管IGBT a8的发射极与A相第九绝缘栅双极晶体管IGBT a9的集电极连接,组成A相波形导向部分左上桥臂Qal。
[0053] A相第十绝缘栅双极晶体管IGBTalO的发射极与A相第十一绝缘栅双极晶体管IGBTall的集电极连接,A相第十一绝缘栅双极晶体管IGBT all的发射极与A相第十二绝缘栅双极晶体管IGBT al2的集电极连接,组成A相波形导向部分左下桥臂Qa3。
[0054] A相第十三绝缘栅双极晶体管IGBT al3的发射极与A相第十四绝缘栅双极晶体管IGBTaH的集电极连接,A相第十四绝缘栅双极晶体管IGBT al4的发射极与A相第十五绝缘栅双极晶体管IGBT al5的集`电极连接,组成A相波形导向部分右上桥臂Qa2。
[0055] A相第十六绝缘栅双极晶体管IGBT al6的发射极与A相第十七绝缘栅双极晶体管IGBTal7的集电极连接,A相第十七绝缘栅双极晶体管IGBT al7的发射极与A相第十八绝缘栅双极晶体管IGBT al8的集电极连接,组成A相波形导向部分右下桥臂Qa4。
[0056] A相波形导向部分左上桥臂Qal的上端即A相第七绝缘栅双极晶体管IGBT a7的集电极与A相波形导向部分右上桥臂Qa2的上端即A相第十三绝缘栅双极晶体管IGBT al3的集电极连接并将连接点引出作为A相波形导向部分的第一引出端子107。
[0057] A相波形导向部分左下桥臂Qa3的上端即A相第十二绝缘栅双极晶体管IGBT al2的发射极与A相波形导向部分右下桥臂Qa4的上端即A相第十八绝缘栅双极晶体管IGBTal8的发射极连接并将连接点引出作为A相波形导向部分的第二引出端子110。
[0058] A相波形导向部分左上桥臂Qal的下端即A相第十二绝缘栅双极晶体管IGBT al2的发射极与A相波形导向部分左下桥臂Qa3的上端即A相第十三绝缘栅双极晶体管IGBTal3的集电极连接并将连接点引出作为A相波形导向部分的第三引出端子108。
[0059] A相波形导向部分右上桥臂Qa2的下端即A相第十五绝缘栅双极晶体管IGBT al5的发射极与A相波形导向部分右下桥臂Qa4的上端即A相第十六绝缘栅双极晶体管IGBTal6的集电极连接并将连接点引出作为A相波形导向部分的第四引出端子109。
[0060] A相单相桥电路的连接方式叙述如下:
[0061] A相波形产生部分的第一引出端子101作为A相桥电路的第一引出端子并与三相公共正直流母线P连接,A相波形产生部分的第二引出端子106与A相缓冲电感La的一端连接,A相缓冲电感L的另一端与A相波形导向部分的第一引出端子107连接,A相波形导向部分的第二引出端子110作为A相桥电路的第二引出端子并与三相公共负直流母线N连接。A相波形导向部分的第三引出端子108作为A相桥电路的第三引出端子。A相波形导向部分的第四引出端子109作为A相桥电路的第四引出端子。A相桥电路的第三引出端子与A相滤波电感LI的一端连接,A相滤波电感LI的另一端与A相滤波电容的阳极连接,并将连接点引出作为A相的第一交流引出端子131。A相滤波电容的阴极与A相桥电路的第四引出端子109连接,并将连接点引出作为A相的第二交流引出端子132。
[0062] B相桥电路包括B相波形产生部分、B相波形导向部分、B相缓冲电感。
[0063] B相波形产生部分连接方式叙述如下:
[0064] B相第一绝缘栅双极晶体管IGBT bl的发射极与A相第二绝缘栅双极晶体管IGBTb2的集电极连接,B相第一绝缘栅双极晶体管IGBT bl的集电极与B相第一悬浮电容C bl的阳极连接,B相第二绝缘栅双极晶体管IGBT b2的发射极与B相第一悬浮电容Cbl的阴极连接,组成B相第一半桥功率子单元Mbl。B相第一绝缘栅双极晶体管IGBT bl的发射极与B相第二绝缘栅双极晶体管IGBT b2的集电极的连接点引出作为B相第一半桥功率子单元的第一引出端子111,B相第二绝缘栅双极晶体管IGBT b2的发射极与B相第一悬浮电容Cbl的阴极的连接点引出作为B相第一半桥功率子单元的第二引出端子112。
[0065] B相第三绝缘栅双极晶体管IGBT b3的发射极与B相第四绝缘栅双极晶体管IGBTb4的集电极连接,B相第三绝缘栅双极晶体管IGBT b3的集电极与B相第二悬浮电容Cb2的阳极连接,B相第四绝缘栅双极晶体管IGBT b4的发射极与B相第二悬浮电容Cb2的阴极连接,组成B相第二半桥功率子单元Mb2。B相第三绝缘栅双极晶体管IGBT b3的发射极与B相第四绝缘栅双极晶体管IGBT b4的集电极的连接点引出作为B相第三半桥功率子单元的第一引出端子113,B相第四绝缘栅双极晶体管IGBT b4的发射极与B相第二悬浮电容Cb2的阴极的连接点引出作为B相第二半桥功率子单元的第二引出端子114。
[0066] B相第五绝缘栅双极晶体管IGBT b5的发射极与A相第六绝缘栅双极晶体管IGBTb6的集电极连接,B相第五绝缘栅双极晶体管IGBT b5的集电极与B相第三悬浮电容Cb3的阳极连接,B相第六绝缘栅双极晶体管IGBT b6的发射极与B相第三悬浮电容Cb3的阴极连接,组成B相第三半桥功率子单元Mb3。B相第五绝缘栅双极晶体管IGBT b5的发射极与B相第六绝缘栅双极晶体管IGBT b6的集电极的连接点引出作为B相第三半桥功率子单元的第一引出端子115,B相第六绝缘栅双极晶体管IGBT b6的发射极与B相第三悬浮电容Cb3的阴极的连接点引出作为B相第三半桥功率子单元的第二引出端子116。
[0067] B相第一半桥功率子单元Mbl的第二引出端子112与B相第二半桥功率子单元Mb2的第一引出端子113连接,B相第二半桥功率子单元Mb2的第二引出端子114与B相第三半桥功率子单元Mb3的第一引出端子115连接,组成B相波形产生部分。B相第一半桥功率子单元Mbl的第一引出端子为B相波形产生部分的第一引出端子111,B相第三半桥功率子单元Mb3的第二引出端子为B相波形产生部分的第二引出端子116,
[0068] B相波形导向部分由左上桥臂、左下桥臂、右上桥臂、右下桥臂组成。B相波形导向部分连接方式描述如下:
[0069] B相第七绝缘栅双极晶体管IGBT b7的发射极与A相第八绝缘栅双极晶体管IGBTb8的集电极连接,B相第八绝缘栅双极晶体管IGBT b8的发射极与B相第九绝缘栅双极晶体管IGBT b9的集电极连接,组成B相波形导向部分左上桥臂Qbl。
[0070] B相第十绝缘栅双极晶体管IGBT blO的发射极与B相第十一绝缘栅双极晶体管IGBTbll的集电极连接,B相第十一绝缘栅双极晶体管IGBT bll的发射极与B相第十二绝缘栅双极晶体管IGBT bl2的集电极连接,组成B相波形导向部分左下桥臂Qb3。
[0071] B相第十三绝缘栅双极晶体管IGBT bl3的发射极与B相第十四绝缘栅双极晶体管IGBTb 14的集电极连接,B相第十四绝缘栅双极晶体管IGBT bl4的发射极与B相第十五绝缘栅双极晶体管IGBT bl5的集电极连接,组成B相波形导向部分右上桥臂Qb2。
[0072] B相第十六绝缘栅双极晶体管IGBT bl6的发射极与B相第十七绝缘栅双极晶体管IGBTb17的集电极连接,B相第十七绝缘栅双极晶体管IGBT bl7的发射极与B相第十八绝缘栅双极晶体管IGBT bl8的集电极连接,组成B相波形导向部分右下桥臂Qb4。
[0073] B相波形导向部分左上桥臂Qbl的上端即B相第七绝缘栅双极晶体管IGBT b7的集电极与B相波形导向部分右上桥臂Qb2的上端即B相第十三绝缘栅双极晶体管IGBT bl3的集电极连接并将连接点引出作为B相波形导向部分的第一引出端子117。
[0074] B相波形导向部分左下桥臂Qb3的上端即B相第十二绝缘栅双极晶体管IGBT bl2的发射极与B相波形导向部分右下桥臂Qb4的上端即B相第十八绝缘栅双极晶体管IGBTbl8的发射极连接并将连接点引出作为B相波形导向部分的第二引出端子120。
[0075] B相波形导向部分左 上桥臂Qbl的下端即B相第十二绝缘栅双极晶体管IGBTbl2的发射极与B相波形导向部分左下桥臂Qb3的上端即B相第十三绝缘栅双极晶体管IGBTbl3的集电极连接并将连接点引出作为B相波形导向部分的第三引出端子118。
[0076] B相波形导向部分右上桥臂Qb2的下端即B相第十五绝缘栅双极晶体管IGBT bl5的发射极与B相波形导向部分右下桥臂Qb4的上端即B相第十六绝缘栅双极晶体管IGBTbl6的集电极连接并将连接点引出作为B相波形导向部分的第四引出端子119。
[0077] B相单相桥电路的连接方式描述如下:
[0078] B相波形产生部分的第一引出端子111作为B相桥电路的第一引出端子并与三相公共正直流母线P连接,B相波形产生部分的第二引出端子116与B相缓冲电感Lb的一端连接,B相缓冲电感Lb的另一端与B相波形导向部分的第一引出端子117连接,B相波形导向部分的第二引出端子120作为B相桥电路的二引出端子并与三相公共负直流母线N连接。B相波形导向部分的第三引出端子118作为B相桥电路的第三引出端子。B相波形导向部分的第四引出端子119作为B相桥电路的第四引出端子。B相桥电路的第三引出端子与B相滤波电感L2的一端连接,B相滤波电感L2的另一端与B相滤波电容C2的阳极连接,并将连接点引出作为B相的第一交流引出端子133。B相滤波电容C2的阴极与B相桥电路的第四引出端子119连接,并将连接点引出作为B相的第二交流引出端子134。
[0079] C相桥电路包括C相波形产生部分、C相波形导向部分、C相缓冲电感。
[0080] C相波形产生部分连接方式叙述如下:
[0081] C相第一绝缘栅双极晶体管IGBT Cl的发射极与C相第二绝缘栅双极晶体管IGBTc2的集电极连接,C相第一绝缘栅双极晶体管IGBT cl的集电极与C相第一悬浮电容Ccl的阳极连接,C相第二绝缘栅双极晶体管IGBT c2的发射极与C相第一悬浮电容Ccl的阴极连接,组成C相第一半桥功率子单元Mcl。C相第一绝缘栅双极晶体管IGBT Cl的发射极与C相第二绝缘栅双极晶体管IGBT C2的集电极的连接点引出作为C相第一半桥功率子单元的第一引出端子121,C相第二绝缘栅双极晶体管IGBT c2的发射极与B相第一悬浮电容Ccl的阴极的连接点引出作为C相第一半桥功率子单元的第二引出端子122。
[0082] C相第三绝缘栅双极晶体管IGBT c3的发射极与C相第四绝缘栅双极晶体管IGBTc4的集电极连接,C相第三绝缘栅双极晶体管IGBT c3的集电极与C相第二悬浮电容Cc2的阳极连接,C相第四绝缘栅双极晶体管IGBT c4的发射极与C相第二悬浮电容Cc2的阴极连接,组成C相第二半桥功率子单元Mc2。C相第三绝缘栅双极晶体管IGBT c3的发射极与C相第四绝缘栅双极晶体管IGBTc4的集电极的连接点引出作为C相第三半桥功率子单元的第一引出端子123,C相第四绝缘栅双极晶体管IGBT c4的发射极与C相第二悬浮电容Cc2的阴极的连接点引出作为C相第二半桥功率子单元的第二引出端子124。
[0083] C相第五绝缘栅双极晶体管IGBT c5的发射极与C相第六绝缘栅双极晶体管IGBTc6的集电极连接,C相第五绝缘栅双极晶体管IGBT c5的集电极与C相第三悬浮电容Cc3的阳极连接,C相第六绝缘栅双极晶体管IGBT c6的发射极与C相第三悬浮电容Cc3的阴极连接,组成C相第三半桥功率子单元Mc3。C相第五绝缘栅双极晶体管IGBT c5的发射极与C相第六绝缘栅双极晶体管IGBTc6的集电极的连接点引出作为C相第三半桥功率子单元的第一引出端子125,C相第六绝缘栅双极晶体管IGBT c6的发射极与C相第三悬浮电容Cc3的阴极的连接点引出作为C相第三半桥功率子单元的第二引出端子126。
[0084] C相第一半桥功率子单元Mcl的第二引出端子122与C相第二半桥功率子单元Mc2的第一引出端子123连接,C相第二半桥功率子单元Mc2的第二引出端子124与C相第三半桥功率子单元Mc3的第一引出端子125连接,组成C相波形产生部分。C相第一半桥功率子单元Mcl的第一引出端子为C相波形产生部分的第一引出端子121,C相第三半桥功率子单元Mc3的第二引出端子为C相波形产生部分的第二引出端子126,
[0085] C相波形导向部分由左上桥臂、左下桥臂、右上桥臂、右下桥臂组成。C相波形导向部分连接方式叙述如下:`
[0086] C相第七绝缘栅双极晶体管IGBTc7的发射极与A相第八绝缘栅双极晶体管IGBTc8的集电极连接,C相第八绝缘栅双极晶体管IGBTc8的发射极与C相第九绝缘栅双极晶体管IGBTc9的集电极连接,组成C相波形导向部分左上桥臂Qcl。
[0087] C相第十绝缘栅双极晶体管IGBTclO的发射极与C相第十一绝缘栅双极晶体管IGBTcII的集电极连接,C相第十一绝缘栅双极晶体管IGBTcll的发射极与C相第十二绝缘栅双极晶体管IGBTcl2的集电极连接,组成C相波形导向部分左下桥臂Qc3。
[0088] C相第十三绝缘栅双极晶体管IGBTcl3的发射极与C相第十四绝缘栅双极晶体管IGBTcH的集电极连接,C相第十四绝缘栅双极晶体管IGBTcH的发射极与C相第十五绝缘栅双极晶体管IGBTcl5的集电极连接,组成C相波形导向部分右上桥臂Qc2。
[0089] C相第十六绝缘栅双极晶体管IGBTC16的发射极与C相第十七绝缘栅双极晶体管IGBTcl7的集电极连接,C相第十七绝缘栅双极晶体管IGBTcl7的发射极与C相第十八绝缘栅双极晶体管IGBTclS的集电极连接,组成C相波形导向部分右下桥臂Qc4。
[0090] C相波形导向部分左上桥臂Qcl的上端即C相第七绝缘栅双极晶体管IGBTc7的集电极与C相波形导向部分右上桥臂Qc2的上端即C相第十三绝缘栅双极晶体管IGBTcl3的集电极连接并将连接点引出作为C相波形导向部分的第一引出端子127。[0091] C相波形导向部分左下桥臂Qc3的上端即C相第十二绝缘栅双极晶体管IGBTcl2的发射极与C相波形导向部分右下桥臂Qc4的上端即C相第十八绝缘栅双极晶体管IGBTcl8的发射极连接并将连接点引出作为C相波形导向部分的第二引出端子130。
[0092] C相波形导向部分左上桥臂Qcl的下端即C相第十二绝缘栅双极晶体管IGBTcl2的发射极与C相波形导向部分左下桥臂Qc3的上端即C相第十三绝缘栅双极晶体管IGBTcl3的集电极连接并将连接点引出作为C相波形导向部分的第三引出端子128。
[0093] C相波形导向部分右上桥臂Qc2的下端即C相第十五绝缘栅双极晶体管IGBTcl5的发射极与C相波形导向部分右下桥臂Qc4的上端即C相第十六绝缘栅双极晶体管IGBTcl6的集电极连接并将连接点引出作为C相波形导向部分的第四引出端子129。
[0094] C相单相桥电路的连接方式叙述如下:
[0095] C相波形产生部分的第一引出端子121作为C相桥电路的第一引出端子并与三相公共正直流母线P连接,C相波形产生部分的第二引出端子126与C相缓冲电感Lc的一端连接,C相缓冲电感Lc的另一端与B相波形导向部分的第一引出端子127连接,C相波形导向部分的第二引出端子130作为C相桥电路的第二引出端子并与三相公共负直流母线N连接。C相波形导向部分的第三引出端子128作为C相桥电路的第一引出端子,C相波形导向部分的第四引出端子129作为C相桥电路的第二引出端子。C相桥电路的第三引出端子与C相滤波电感L3的一端连接,C相滤波电感L3的另一端与C相滤波电容C3的阳极连接,并将连接点引出作为C相的第一交流引出端子135。C相滤波电容C3的阴极与C相桥电路的第四引出端子129连接,并将连接点引出作为C相的第二交流引出端子136。
[0096] 对本发明具体实施方式的控制方法如下:
[0097] 以A相为例说明本发明混合多电平换流电路拓扑的控制方法如下:波形产生部分的级联子单元采用半桥子单元,半桥子单元Mal至Ma3中的电容Cal、Ca2、Ca3电容值相等,电压设定值相等,并满足如下等式:
[0098] Ucal+UCa2+Uca3 — Ud
[0099] 式中,Ud为直流母线电压。Ucal、Uca2、Uca3分别为第一半桥子单元Mal中电容Cal、第二半桥子单元Ma2中电容Ca2、第三半桥子单元Ma3中电容Ca3两端电压。波形产生部分η个级联子单元调制策略基于载波移相PWM调制技术,各子单元载波频率相同,相位互差2 π/n ;米用同一个调制波。输出驱动信号分为两路,一路驱动IGBTal,—路反向并设置死区驱动IGBTa2。子单元Mal产生如下表达式的波形:
[0100] UMai = UCal(l-m|sincot|)
[0101] 式中,m为移相载波PWM调制方式中的调制比。Ueal为第一半桥子单元Mal中电容Cal两端电压。ω为角速度,t为时间,ω = 2 Ji f, f为输出交流电频率。
[0102] 则子单元Mal至a3输出波形叠加波形表达式如下:
[0103] UMal+Ma2+Ma3 = Ud (1-m I sin ω 11)
[0104] 式中,m为移相载波PWM调制方式中的调制比。Ud为直流母线电压。ω为角速度,t为时间,ω = 2 π f,f为输出交流电频率。
[0105] 波形产生部分的控制方法原理图见图6所示。忽略缓冲电感La的压降,则A相波形导向部分第一引出端子107与A相波形导向部分第二引出端子110之间的电压为正直流母线P电压减去上述波形产生部分输出电压。基波表达式如下所示:[0106] Ultl7 = mUd I sin ω 11
[0107] 式中,m为移相载波PWM调制方式中的调制比。Ud为直流母线电压。ω为角速度,t为时间,ω = 2 π f,f为输出交流电频率。
[0108] B相波形导向部分第一引出端子117与B相波形导向部分第二引出端子120之间电压、C相波形导向部分第一引出端子127与C相波形导向部分第二引出端子130之间电压产生原理与A相波形导向部分第一引出端子107与A相波形导向部分第二引出端子110之间的电压产生原理类似,只是B相单相桥电路波形产生部分级联半桥子单元的调制波相位比A相滞后120度,C相单相桥电路波形产生部分级联半桥子单元的调制波相位比B相滞后120度,于是生成B相波形导向部分第一引出端子117与B相波形导向部分第二引出端子120之间电压、C相波形导向部分第一引出端子127与C相波形导向部分第二引出端子130之间电压基波电压表达式如下所示:
Figure CN102420533BD00161
[0111] 式中,m为移相载波PWM调制方式中的调制比。Ud为直流母线电压。ω为角速度,t为时间,ω = 2 f,f为输出交流电频率。
[0112] A相波形导向部分H桥型电路驱动信号分为两路,一路与上述A相正弦半波相位相同,频率相同,驱动左上桥臂Qal与右下桥臂Qa4,另一路与上述A相正弦波相位相反,频率相同,使得前半个周期Qal, Qa4导通,Qa2, Qa3关断,A相波形导向部分第二引出端子108与第三引出端子109之间基波电压为正弦正半波的多电平阶梯波;后半个周期Qa2,Qa3导通,Qal, Qa4关断,A相波形导向部分第二引出端子108与第三引出端子109之间基波电压为正弦负半波的多电平阶梯波。A相波形导向部分第二引出端子108与第三引出端子109之间输出基波电压为完整正弦波,幅值为mUd的多电平阶梯波形。B相、C相的波形导向部分工作方式与A相类似,电路方波驱动信号相位互差120度。为更清楚的说明波形导向部分调制原理,采用如下表格说明:
[0113]
Figure CN102420533BD00162
[0114] 表格中,A相波形导向部分左上桥臂Qal的驱动信号为Kal, A相波形导向部分右上桥臂Qa2的驱动信号为Ka2,A相波形导向部分左下桥臂Qa3的驱动信号为Ka3,A相波形导向部分右下桥臂Qa4的驱动信号为Ka4。B相波形导向部分左上桥臂Qbl的驱动信号为Kbl,B相波形导向部分右上桥臂Qb2的驱动信号为Kb2,B相波形导向部分左下桥臂Qb3的驱动信号为Kb3, B相波形导向部分右下桥臂Qb4的驱动信号为Kb4。
[0115] B相波形导向部分左上桥臂Qbl的驱动信号为Kbl,B相波形导向部分右上桥臂Qb2的驱动信号为Kb2, B相波形导向部分左下桥臂Qb3的驱动信号为Kb3,B相波形导向部分右下桥臂Qb4的驱动信号为Kb4。
[0116] C相波形导向部分左上桥臂Qcl的驱动信号为Kcl,C相波形导向部分右上桥臂Qc2的驱动信号为Kc2, C相波形导向部分左下桥臂Qc3的驱动信号为Kc3,C相波形导向部分右下桥臂Qc4的驱动信号为Kc4。
[0117] 从表中可以看出,ABC三相的波形导向部分的开关管全部工作在IOOHz频率,关断电压为零,软开关模式,有效降低了系统损耗。A相波形为基波为完整正弦波,幅值为mUd的多电平阶梯电压波形。经过LC滤波器输出三相正弦波电压。

Claims (7)

1.一种混合多电平换流电路拓扑结构,其特征在于:所述的混合多电平换流电路拓扑结构包括:三相共用的正直流母线、三相共用的负直流母线和A相桥电路、B相桥电路、C相桥电路、A相LC滤波电路、B相LC滤波电路、C相LC滤波电路和doubleY- Δ变压器;A相桥电路的第一引出端子(I)、B相桥电路的第一引出端子(2)、C相桥电路的第一引出端子(3)与正直流母线连接;A相桥电路的第二引出端子(10)、B相桥电路的第二引出端子(11)、C相桥电路的第二引出端子(12)与负直流母线连接;A相桥电路的第三引出端子(13)和第四引出端子(14)与A相滤波电路输入端连接,B相桥电路的第三引出端子(15)和第四引出端子(16)与B相滤波电路输入端连接,C相桥电路的第三引出端子(17)和第四引出端子(18)与C相滤波电路输入端连接;A相滤波电路输出端、B相滤波电路输出端、C相滤波电路输出端与doubleY-Δ变压器的输入端连接; 所述的A相桥电路包括A相波形产生部分、A相波形导向部分和A相缓冲电感;所述的B相桥电路包括B相波形产生部分、B相波形导向部分和B相缓冲电感;所述的C相桥电路包括C相波形产生部分、C相波形导向部分和C相缓冲电感;A相波形产生部分的第二引出端子与A相缓冲电感的一端连接,A相缓冲电感的另一端与A相波形导向部分的第一引出端子连接相波形产生部分的第二引出端子与B相缓冲电感的一端连接,B相缓冲电感的另一端与B相波形导向部分的第一引出端子连接;C相波形产生部分的第二引出端子与C相缓冲电感的一端连接,C相缓冲电感的另一端与C相波形导向部分的第一引出端子连接; 所述的A相桥电路或B相桥电路或C相桥电路中,单相桥电路的波形产生部分由η个半桥子单元级联组成,η为大于或等于I的整数,无取值上限;所述的半桥子单元由两个绝缘栅双极晶体管串联后与电容并联组成,即:第一半桥子单元(CELLl)第一绝缘栅双极晶体管(Kl)的集电极与半桥子单元电容的阳极连接,第一半桥子单元(CELLl)第一绝缘栅双极晶体管(Kl)的发射极与第一半桥子单元(CELLl)第二绝缘栅双极晶体管(Κ2)的集电极连接,此连接点作为第一半桥子单元(CELLl)第一引出端子,所述的第一引出端子作为波形产生部分的第一半桥子单元输出端子;所述的第一半桥子单元(CELLl)的第二绝缘栅双极晶体管(Κ2)的发射极与第一半桥子.单元电容(Cl)的阴极连接,此连接点作为第一半桥子单元(CELLl)的第二引出端子;所述的第一半桥子单元的第二引出端子与第二半桥子单元(CELL2)的第一引出端子连接,第二半桥子单元的第二引出端子与第三半桥子单元的第一引出端子连接,以此类推,第η-1半桥子单元的第二引出端子与第η半桥子单元的第一引出端子连接,第η半桥子单元(CELLn)的第二引出端子作为波形产生部分的第二输出端子;所述的波形产生部分的第一输出端子与正直流母线连接,波形产生部分的第二输出端子(4)通过缓冲电感与波形导向部分的第一引出端子连接,波形导向部分的第二引出端子与负直流母线连接; 所述的A相桥电路或B相桥电路或C相桥电路中,单相桥电路波形导向部分由H桥型电路构成,所述的H桥型电路由第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂构成,每个桥臂分别由m个绝缘栅双极晶体管串联组成,m为大于或等于I的整数,无取值上限,各桥臂连接方式相同:桥臂第一绝缘栅双极晶体管的集电极引出作为桥臂的第一引出端子,桥臂第一绝缘栅双极晶体管的发射极与桥臂第二绝缘栅双极晶体管的集电极连接,以此类推,桥臂第η-1绝缘栅双极晶体管的发射极与桥臂第η绝缘栅双极晶体管的集电极连接,桥臂第η绝缘栅双极晶体管的发射极引出作为桥臂的第二引出端子;所述的波形导向部分的第一桥臂的第一引出端子与波形导向部分第二桥臂的第一引出端子连接,此连接点作为波形导向部分的第一引出端子波形导向部分第一桥臂的第二引出端子与波形导向部分第三桥臂的第一引出端子连接,此连接点为单相桥电路的第一引出端子;波形导向部分第二桥臂的第二引出端子与波形导向部分第四桥臂的第一引出端子连接,此连接点为单相桥电路的第二引出端子;波形导向部分第三桥臂的第二引出端子与波形导向部分第四桥臂的第二引出端子连接,此连接点作为波形导向部分的第二引出端子;所述单相桥电路的第一引出端子、单相桥电路的第二引出端子连接对应相LC滤波电路的输入端口 ;LC滤波电路电感L的一端与单相桥电路的第一引出端子连接,LC滤波电路电感L的另一端与电容C的阳极连接,并与电容C的阴极共同作为LC滤波电路的两个输出端子引出。
2.按照权利要求1所述的混合多电平换流电路拓扑结构,其特征在于:所述的单相桥电路的波形产生部分与波形导向部分的位置互换,即波形导向部分的一端与正直流母线连接,波形导向部分的另一端通过缓冲电感与波形产生部分的一端连接,波形产生部分的另一端与负直流母线连接;缓冲电感置于波形导向部分与波形产生部分之间,或在波形导向部分H桥电路第一桥臂与第三桥臂、第二桥臂与第四桥臂之间各放置一个缓冲电感代替波形导向部分与波形产生部分之间的缓冲电感。
3.按照权利要求1所述的混合多电平换流电路拓扑结构,其特征在于:所述的单相桥电路的波形导向部分的H桥型电路中,用其他类型的全控型器件替代组成H桥型电路桥臂的绝缘栅双极晶体管。
4.对权利要求1所述的混合多电平换流电路拓扑结构的控制方法,其特征在于:所述的控制方法包括对A相桥电路、B相桥电路、C相桥电路的波形产生部分、波形导向部分的调制方法,以及对半桥子单元电容电压均衡控制方法;所述的波形产生部分调制方法基于移相载波PWM调制,所述的波形导向部分采用工频方波调制信号驱动。
5.按照权利要求4所述的混合多电平换流电路拓扑结构的控制方法,其特征在于:所述的波形产生部分调制方法如下: A、B、C三相的波形产生部分的调制方法基于载波移相PWM控制策略,具体控制方式描述如下:以同一个调制波与相位互差2 π /n的n个三角波进行比较,输出η路SPWM信号,η为大于或等于I的整数,无取值上限;每路SPWM信号分为两路驱动信号,一路驱动信号驱动所述的半桥子单元的第一绝缘栅双极晶体管IGBT,另一路驱动信号通过非门并设置死区驱动所述的半桥子单元的第二绝缘栅双极晶体管IGBT ;Α相桥电路波形产生部分的调制信号、B相桥电路波形产生部分的调制信号、C相桥电路波形产生部分的调制信号互差120度;A相桥波形产生部分、B相波形产生部分、C相波形产生部分采用的调制波波形表达式如下所示: Ua = (1-m I sin ω 11) Ub= (1-m I sin (ω t) +2 π /3 I) Uc= (l_m I sin (ω t)+4 π/3 I) 式中,m为移相载波PWM调制方式中的调制比;Ua为A相波形产生部分调制波,Ub为A相波形产生部分调制波,U。为C相波形产生部分调制波,ω为角速度,t为时间,ω =2πΐ,f为输出交流电频率。
6.按照权利要求4所述的混合多电平换流电路拓扑结构的控制方法,其特征在于:所述的波形导向部分H桥电路的四个桥臂的驱动方式如下:A、B、C三相的波形导向部分采用与对应A相、B相、C相桥电路波形产生部分调制波相位相同,频率50Hz的方波信号,则A相桥电路波形导向部分的驱动信号与B相桥电路波形导向部分的驱动信号与C相桥电路波形导向部分的驱动信号也互差120度;将每相驱动信号分为两路,一路驱动波形导向部分H桥电路第一桥臂与第四桥臂,另一路相位相反驱动所述的H桥电路的第二桥臂与第三桥臂,使得前半个周期第一桥臂与第四桥臂导通,H桥输出类似正弦正半波的多电平阶梯波;后半个周期第二桥臂与第三桥臂导通,H桥输出类似正弦负半波的多电平阶梯波;整个周期输出类似完整正弦波的多电平阶梯波形相、C相的变流方式与A相同,相位互差120度,整个A、B、C三相变流拓扑按照上述波形导向部分H桥电路的四个桥臂的驱动方式输出类似完整三相正弦波的多电平阶梯PWM波电压波形,经过LC滤波器输出三相六线正弦波电压波形。
7.按照权利要求4所述的混合多电平换流电路拓扑结构的控制方法,其特征在于:A相、B相、C相的波形产生部分所有半桥子单元电容的电压均衡控制方法如下:半桥子单元中的电容两端安装电压传感器,采集η个半桥子单元中的电容两端电压,通过PI调节器进行比例积分计算,将输出值与到对应相波形产生部分调制波信号叠加,将叠加之后的信号与三角波比较,若叠加之后的信号大于三角波,则输出高电平驱动信号;若叠加之后的信号小于三角波,则输出低电平驱动信号,一个周期内的高电平信号与电平信号组成SPWM驱动信号,在不过于影响输出波形的前提下,通过SPWM信号的微小改变微调半桥子单元接入与脱离主电路结 构的时间,从而调整电容电压。
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