CN210273854U - 一种基于mmc的无工频变压器三相-单相换流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于MMC的无工频变压器三相‑单相换流器，包括A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相结构、B相结构、C相结构及单相交流输出端，A相结构、B相结构及C相结构均包括上桥臂及下桥臂，其中，上桥臂及下桥臂均包括电感及N个功率单元，该换流器在同样变压效果的前提下，开关器件的数量较少，体积及成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三相-单相电力电子换流器，具体涉及一种基于MMC的无工频变压器三相-单相换流器。
背景技术
我国各类城市居民用电、石油化工用电、电气化铁道牵引系统以及工业冶炼用电等均为单相负荷。由于这些单相负荷存在随机性、重载性及谐波较大等特点，若直接从三相供电系统中的某一相获取电能，则将会对三相供电系统产生严重的负序影响。这种情况下若采用基于电力电子技术的三相-单相换流器，不仅能够实现三相和单相之间的功率平衡，而且还能够实现对电压进行变换以及对电能质量进行调节的目的。
为了实现三相-单相功率变换的功能，专利201510646749.8中提出一种三相-单相电力电子变压器结构，如图1所示。其原理是三相电网的三相(A，B，C)分别经电抗器(LA，LB，LC)再级联n(n>1)个变换器(A1～An，B1～Bn，C1～Cn)接出，其中A相第一个变换器正端口alP的输出接在B相第n个变换器负端口bnN，同样的B相第一个变换器正端口b1P的输出接在C相第n个变换器负端口cnN，最后C相的第一个变换器正端口c1P经电抗器连接到单相电网，形成单相供电网络。其中每个单元拓扑相同，具体如图2所示，其中主要包含一个两电平H桥单相PWM整流电路、两电平H桥双向DC-DC变换电路和两电平H桥单相PWM逆变电路。
这种拓扑结构，级联功率单元内采用两电平H桥单相PWM整流电路，在整流过程中同样等级下开关器件数量较多，造成系统成本与体积的增加。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于MMC的无工频变压器三相-单相换流器，该换流器在同样变压效果的前提下，开关器件的数量较少，体积及成本较低。
为达到上述目的，本实用新型所述的基于MMC的无工频变压器三相-单相换流器包括A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相结构、B相结构、C相结构及单相交流输出端，A相结构、B相结构及C相结构均包括上桥臂及下桥臂，其中，上桥臂及下桥臂均包括电感及N个功率单元；
A相结构中，A相输入端与上桥臂中电感的一端及下桥臂中电感的一端相连接，上桥臂中电感的另一端与上桥臂中第一个功率单元输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元输入端的正极与第i个功率单元输入端的负极相连接；下桥臂中电感的另一端与下桥臂中第一个功率单元输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元输入端的负极与第i个功率单元输入端的正极相连接；
B相结构中，B相输入端与上桥臂中电感的一端及下桥臂中电感的一端相连接，上桥臂中电感的另一端与上桥臂中第一个功率单元输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元输入端的正极与第i个功率单元输入端的负极相连接；下桥臂中电感的另一端与下桥臂中第一个功率单元输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元输入端的负极与第i个功率单元输入端的正极相连接；
C相结构中，C相输入端与上桥臂中电感的一端及下桥臂中电感的一端相连接，上桥臂中电感的另一端与上桥臂中第一个功率单元输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元输入端的正极与第i个功率单元输入端的负极相连接；下桥臂中电感的另一端与下桥臂中第一个功率单元输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元输入端的负极与第i个功率单元输入端的正极相连接；
A相结构中上桥臂内第N个功率单元输入端的正极与B相结构中上桥臂内第N个功率单元输入端的正极及C相结构中上桥臂内第N个功率单元输入端的正极相连接形成直流正极端；
A相结构中下桥臂内第N个功率单元输入端的负极与B相结构中下桥臂内第N个功率单元输入端的负极及C相结构中下桥臂内第N个功率单元输入端的负极相连接形成直流负极端；
A相结构中，上桥臂内第N个功率单元输出端的正极作为单相交流输出端的正极端，上桥臂内第i个功率单元输出端的负极与第i-1个功率单元输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元输出端的负极与第i个功率单元输出端的正极相连接；
A相结构中下桥臂内第N个功率单元输出端的负极与B相结构中上桥臂内第N个功率单元输出端的正极相连接；
B相结构中，上桥臂内第i个功率单元输出端的负极与第i-1个功率单元输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元输出端的负极与第i个功率单元输出端的正极相连接；
B相结构中下桥臂内第N个功率单元输出端的负极与C相结构中上桥臂内第N个功率单元输出端的正极相连接；
C相结构中，上桥臂内第i个功率单元输出端的负极与第i-1个功率单元输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元输出端的负极与第i个功率单元输出端的正极相连接，下桥臂内第N个功率单元输出端的负极作为单相交流输出端的负极端，1＜i≤N。
功率单元包括半H桥整流电路、两电平H桥双向DC-DC变换电路和两电平H桥单相PWM逆变电路，半H桥整流电路的输出端与两电平H桥双向DC-DC变换电路的输入端相连接，两电平H桥双向DC-DC变换电路的输出端与两电平H桥单相PWM逆变电路的输入端相连接，两电平H桥单相PWM逆变电路的输出端作为功率单元的输出端；半H桥整流电路的输入端作为功率单元的输入端。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的基于MMC的无工频变压器三相-单相换流器在具体操作时，本实用新型基于MMC基本结构设计得到，换流器内功率单元采用半H桥结构，避免现有技术基于H桥级联结构设计得到的换流器，避免换流器内功率单元采用H桥结构，同时三相电网侧及单相输出侧均无需工频变压器及滤波装置，因此开关器件的数量较少，体积及成本较低，并且结构相对简单，实用性极强。
附图说明
图1为现有型三相-单相电力电子变压器拓扑结构示意图；
图2为现有型三相-单相电力电子变压器单元拓扑结构示意图；
图3为本实用新型的结构示意图；
图4为本实用新型中功率单元W的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参考图3及图4，本实用新型所述的基于MMC的无工频变压器三相-单相换流器包括A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相结构、B相结构、C相结构及单相交流输出端，A相结构、B相结构及C相结构均包括上桥臂及下桥臂，其中，上桥臂及下桥臂均包括电感L及N个功率单元W；
A相结构中，A相输入端与上桥臂中电感L的一端及下桥臂中电感L的一端相连接，上桥臂中电感L的另一端与上桥臂中第一个功率单元W输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元W输入端的正极与第i个功率单元W输入端的负极相连接；下桥臂中电感L的另一端与下桥臂中第一个功率单元W输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元W输入端的负极与第i个功率单元W输入端的正极相连接；
B相结构中，B相输入端与上桥臂中电感L的一端及下桥臂中电感L的一端相连接，上桥臂中电感L的另一端与上桥臂中第一个功率单元W输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元W输入端的正极与第i个功率单元W输入端的负极相连接；下桥臂中电感L的另一端与下桥臂中第一个功率单元W输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元W输入端的负极与第i个功率单元W输入端的正极相连接；
C相结构中，C相输入端与上桥臂中电感L的一端及下桥臂中电感L的一端相连接，上桥臂中电感L的另一端与上桥臂中第一个功率单元W输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元W输入端的正极与第i个功率单元W输入端的负极相连接；下桥臂中电感L的另一端与下桥臂中第一个功率单元W输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元W输入端的负极与第i个功率单元W输入端的正极相连接；
A相结构中上桥臂内第N个功率单元W输入端的正极与B相结构中上桥臂内第N个功率单元W输入端的正极及C相结构中上桥臂内第N个功率单元W输入端的正极相连接形成直流正极端；
A相结构中下桥臂内第N个功率单元W输入端的负极与B相结构中下桥臂内第N个功率单元W输入端的负极及C相结构中下桥臂内第N个功率单元W输入端的负极相连接形成直流负极端；
A相结构中，上桥臂内第N个功率单元W输出端的正极作为单相交流输出端的正极端，上桥臂内第i个功率单元W输出端的负极与第i-1个功率单元W输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元W输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元W输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元W输出端的负极与第i个功率单元W输出端的正极相连接；
A相结构中下桥臂内第N个功率单元W输出端的负极与B相结构中上桥臂内第N个功率单元W输出端的正极相连接；
B相结构中，上桥臂内第i个功率单元W输出端的负极与第i-1个功率单元W输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元W输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元W输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元W输出端的负极与第i个功率单元W输出端的正极相连接；
B相结构中下桥臂内第N个功率单元W输出端的负极与C相结构中上桥臂内第N个功率单元W输出端的正极相连接；
C相结构中，上桥臂内第i个功率单元W输出端的负极与第i-1个功率单元W输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元W输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元W输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元W输出端的负极与第i个功率单元W输出端的正极相连接，下桥臂内第N个功率单元W输出端的负极作为单相交流输出端的负极端，1＜i≤N。
功率单元W包括半H桥整流电路、两电平H桥双向DC-DC变换电路和两电平H桥单相PWM逆变电路，半H桥整流电路的输出端与两电平H桥双向DC-DC变换电路的输入端相连接，两电平H桥双向DC-DC变换电路的输出端与两电平H桥单相PWM逆变电路的输入端相连接，两电平H桥单相PWM逆变电路的输出端作为功率单元W的输出端；半H桥整流电路的输入端作为功率单元W的输入端。
其中，两电平H桥双向DC-DC变换电路直接接在输入级半H桥整流电路的电容上，避免在MMC正负直流母线上串接电容进行直流取电。
与现有技术方案相比，本实用新型中功率单元W的输入级采用半H桥电路，在达到同样的功率传输和电压等级下，减少了功率开关器件的数量。
Claims (2)
1.一种基于MMC的无工频变压器三相-单相换流器，其特征在于，包括A相输入端、B相输入端、C相输入端、A相结构、B相结构、C相结构及单相交流输出端，A相结构、B相结构及C相结构均包括上桥臂及下桥臂，其中，上桥臂及下桥臂均包括电感(L)及N个功率单元(W)；
A相结构中，A相输入端与上桥臂中电感(L)的一端及下桥臂中电感(L)的一端相连接，上桥臂中电感(L)的另一端与上桥臂中第一个功率单元(W)输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元(W)输入端的正极与第i个功率单元(W)输入端的负极相连接；下桥臂中电感(L)的另一端与下桥臂中第一个功率单元(W)输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元(W)输入端的负极与第i个功率单元(W)输入端的正极相连接；
B相结构中，B相输入端与上桥臂中电感(L)的一端及下桥臂中电感(L)的一端相连接，上桥臂中电感(L)的另一端与上桥臂中第一个功率单元(W)输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元(W)输入端的正极与第i个功率单元(W)输入端的负极相连接；下桥臂中电感(L)的另一端与下桥臂中第一个功率单元(W)输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元(W)输入端的负极与第i个功率单元(W)输入端的正极相连接；
C相结构中，C相输入端与上桥臂中电感(L)的一端及下桥臂中电感(L)的一端相连接，上桥臂中电感(L)的另一端与上桥臂中第一个功率单元(W)输入端的负极相连接，上桥臂中第i-1个功率单元(W)输入端的正极与第i个功率单元(W)输入端的负极相连接；下桥臂中电感(L)的另一端与下桥臂中第一个功率单元(W)输入端的正极相连接，下桥臂中第i-1个功率单元(W)输入端的负极与第i个功率单元(W)输入端的正极相连接；
A相结构中上桥臂内第N个功率单元(W)输入端的正极与B相结构中上桥臂内第N个功率单元(W)输入端的正极及C相结构中上桥臂内第N个功率单元(W)输入端的正极相连接形成直流正极端；
A相结构中下桥臂内第N个功率单元(W)输入端的负极与B相结构中下桥臂内第N个功率单元(W)输入端的负极及C相结构中下桥臂内第N个功率单元(W)输入端的负极相连接形成直流负极端；
A相结构中，上桥臂内第N个功率单元(W)输出端的正极作为单相交流输出端的正极端，上桥臂内第i个功率单元(W)输出端的负极与第i-1个功率单元(W)输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元(W)输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元(W)输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元(W)输出端的负极与第i个功率单元(W)输出端的正极相连接；
A相结构中下桥臂内第N个功率单元(W)输出端的负极与B相结构中上桥臂内第N个功率单元(W)输出端的正极相连接；
B相结构中，上桥臂内第i个功率单元(W)输出端的负极与第i-1个功率单元(W)输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元(W)输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元(W)输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元(W)输出端的负极与第i个功率单元(W)输出端的正极相连接；
B相结构中下桥臂内第N个功率单元(W)输出端的负极与C相结构中上桥臂内第N个功率单元(W)输出端的正极相连接；
C相结构中，上桥臂内第i个功率单元(W)输出端的负极与第i-1个功率单元(W)输出端的正极相连接，上桥臂内第一个功率单元(W)输出端的负极与下桥臂内第一个功率单元(W)输出端的正极相连接，下桥臂内第i-1个功率单元(W)输出端的负极与第i个功率单元(W)输出端的正极相连接，下桥臂内第N个功率单元(W)输出端的负极作为单相交流输出端的负极端，1＜i≤N。
2.根据权利要求1所述的基于MMC的无工频变压器三相-单相换流器，其特征在于，功率单元(W)包括半H桥整流电路、两电平H桥双向DC-DC变换电路和两电平H桥单相PWM逆变电路，半H桥整流电路的输出端与两电平H桥双向DC-DC变换电路的输入端相连接，两电平H桥双向DC-DC变换电路的输出端与两电平H桥单相PWM逆变电路的输入端相连接，两电平H桥单相PWM逆变电路的输出端作为功率单元(W)的输出端；半H桥整流电路的输入端作为功率单元(W)的输入端。
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