一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构技术方案

本发明专利技术涉及一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构，所述电路包括由第一～第五母线电容依次同向串联组成的左路，由第一开关器件A1、第二开关器件A2、第三开关器件A3、第四开关器件A4、第五开关器件A5、第六开关器件A6依次串联的组成的右路，由第九开关器件A9组成的中路一，由第七开关器件A7和第十开关器件A10串联组成的中路二，由第八开关器件A8和第十一开关器件A11串联的组成的中路三，由第十二开关器件A12组成的中路四，以及三个箝位电容。本发明专利技术能够有效减少开关损耗，降低电路中电压的谐波，在控制开关管方面同样可以灵活控制，可应用于逆变器等电力变换装置。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构
本专利技术涉及一种电力电子
，具体涉及一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构。
技术介绍
随着大功率电力变换的发展，越来越多的场合更加注重高电平低谐波的多电平电路结构的应用，多电平大功率的电力变换系统可以用于风力发电，光伏逆变等领域。然而在大功率使用场合中，如何降低损耗、提高效率、减少输出波形谐波，都是系统设计人员需要考虑的问题。多电平技术的发展应用，可以有效地减少输出端电压的谐波，使得输出的正弦电压波形更加平滑。多电平的电路中，对电力开关管的耐压要求有所降低，这样对于降低成本，维护电路稳定有积极的意义。当前广泛应用的有两电平、三电平等多电平技术。当前关于已经提出的六电平研究中，还存在开关损耗大、模式开关状态切换复杂以及死区效应难以消除等问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题现有的关于六电平技术中存在着电路结构过于复杂，系统的整体效率不高，开关损耗大，系统的谐波含量大，同时控制方法复杂，死区效应难以消除等不足，针对这些不足，本专利技术要解决的问题是改善电压波形，增加电平数来降低谐波含量，同时可以有效降低系统整体的开关通断损耗的用于电力变换装置的六电平拓扑结构。(二)技术方案要实现上述目的，本专利技术的技术方案包括：第一方面，本专利技术提供了一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构，所述电路包括由第一母线电容C1、第二母线电容C2、第三母线电容C3、第四母线电容C4、第五母线电容C5依次同向串联组成的左路，由第一开关器件A1、第二开关器件A2、第三开关器件A3、第三开关器件A3、第四开关器件A4、第五开关器件A5、第六开关器件A6依次串联的组成的右路，由第九开关器件A9组成的中路一，由第七开关器件A7和第十开关器件A10串联组成的中路二，由第八开关器件A8和第十一开关器件A11串联的组成的中路三，由第十二开关器件A12组成的中路四，以及三个用于稳压储能的箝位电容；所述右路中，靠近第一开关器件A1的一端接外部直流母线电压正极，靠近第六开关器件A6的一端接外部直流母线电压负极，第三开关器件A3与第四开关器件A4之间引出输出端子；所述中路一的一端分别接所述左路中第一母线电容负极C1与第二母线电容C2正极，另外一端接于所述右路第一开关器件A1与第二开关器件A2之间；所述中路二中，靠近第十开关器件A10的一端分别接所述左路中第二母线电容负极C2和第三母线电容C3正极，靠近第七开关器件A7的另外一端接于所述右路第二开关器件A2与第三开关器件A3之间；所述中路三中，靠近第十一开关器件A11的一端分别接所述左路中第三母线C3电容负极和第四母线电容C4正极，靠近第八开关器件A8的另外一端接于所述右路第四开关器件A4与第五开关器件A5之间；所述中路四的一端分别接所述左路中第四母线电容C4负极与第五母线电容C5正极，另外一端接于右路第五开关器件A5与第六开关器件A6之间；所述左路中，第一母线电容C1正极接外部直流母线电压正极，第五母线电容负极C5接外部直流母线电压负极；第一箝位电容CA1正极接于右路中第一开关器件A1与第二开关器件之间A2，负极接于所述中路二中第七开关器件A7与第十开关器件A10之间；第二箝位电容CA2正极接第一箝位电容CA1负极，负极接所述中路三中第八开关器件A8与第十一开关器件A10之间；第三钳位电容CA3正极接第二箝位电容CA3负极，正极接所述右路中第五开关器件A5与第六开关器件A6之间。可选地，所述第一至第六开关器件中每一个开关器件均包括一个开关管；所述第七至第十二开关器件中每一个开关器件均包括两个反向串联的开关管。所述右路中，第一开关器件A1中的第一开关管SA1、第二开关器件A2中的第二开关管SA2、第三开关器件A3中的第三开关管SA3、第四开关器件A3中的第四开关管SA4、第五开关器件A5中的第五开关管SA5、第六开关器件A6中的第六开关管同向串联，第一开关管SA1的正极接外部直流母线电压正极，第六开关管SA6负极接外部直流母线电压负极；所述中间路一中，第九开关器件包括第十一开关管SA91和第十二开关管SA92，第十一开关管SA91的正极分别接所述左路中第一母线电容负极C1与第二母线电容C2正极，负极接第十二开关管SA92的负极，第十二开关管SA92的正极分别接所述右路中第一开关管SA1的负极第二开关管SA2的正极；所述中间路二中，第七开关器件包括第七开关管SA71和第八开关管SA72，第十开关器件包括第十三开关管SA101和第十四开关管SA102，第十三开关管SA101、第十四开关管SA102、第七开关管SA71、第八开关管SA72依次交替反向串联，第十三开关管SA101正极分别接所述左路中第二母线电容负极C2和第三母线电容C3正极，第八开关管SA72正极分别接右路中第二开关管SA2的负极第三开关管SA3的正极；所述中间路三中，第八开关器件包括第九开关管SA81和第十开关管SA82，第十一开关器件包括第十五开关管SA111和第十六开关管SA112，第十五开关管SA111、第十六开关管SA112、第九开关管SA81、第十开关管SA82依次交替反向串联，第十五开关管SA111正极分别接所述左路中第三母线电容负极C2和第四母线电容C4正极，第十开关管SA82的正极分别接右路中第四开关管SA4的负极和第五开关管SA5的正极；所述中间路四中，第十二开关器件包括第十七开关管SA121和第十八开关管SA122，第十七开关管SA121的正极分别接所述左路中第四母线电容负极C4与第五母线电容C5正极，负极接第十八开关管SA122的负极，第十八开关管SA122的正极分别接所述右路中第五开关管SA5的负极第六开关管SA6的正极。优选地，所述第一至第十八开关管均反向并联一个二极管，即所述开关管SA1的正极连所述二极管DA1的负极，所述开关管SA1的负极连所述二极管DA1的正极。所述开关管为全控型开关器件，包括场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。所述电路输入侧依次接在第一母线电容正极、第二母线电容正极、第三母线电容正极、第四母线电容正极、第五母线电容正极和第五母线电容负极。所述母线电容/箝位电容的值为直流母线电源电压的五分之一。第二方面，本专利技术提供了一种三相六电平电路拓扑结构，包括所述的六电平电路拓扑结构，三个六电平电路拓扑结构并联于直流母线。第三方面，本专利技术提供了一种六电平逆变器，包括所述的六电平电路拓扑结构，通过驱动电路控制所述六电平电路拓扑结构中的至少一个开关器件的导通，以输出所述六电平逆变器所需的至少一种电平。在所述逆变器的每一个六电平电路拓扑结构中，若外部直流母线电源电压为5E，则每一个箝位电容为E，每一个母线电容为E；E为大于零的自然数；在驱动电路驱动每一个六电平电路拓扑结构中的第一、第二、第三开关器件导通，第四至第十二开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的5E电平；或者，第二、第三、第九开关器件导通，第二、第三、第九开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的4E电平；或者，第一、第三、第七开关器件导通，第一、第三、第七开关器件以外的开关器件关闭，则输出端子输出所述六电平逆变器所需的4E电平；或者，第二、第三、第十二开关器件导通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构，其特征在于，所述电路包括由第一母线电容(C1)、第二母线电容(C2)、第三母线电容(C3)、第四母线电容(C4)、第五母线电容(C5)依次同向串联组成的左路，由第一开关器件(A1)、第二开关器件(A2)、第三开关器件(A3)、第三开关器件(A3)、第四开关器件(A4)、第五开关器件(A5)、第六开关器件(A6)依次串联的组成的右路，由第九开关器件(A9)组成的中路一，由第七开关器件(A7)和第十开关器件(A10)串联组成的中路二，由第八开关器件(A8)和第十一开关器件(A11)串联的组成的中路三，由第十二开关器件(A12)组成的中路四，以及三个用于稳压储能的箝位电容；所述右路中，靠近第一开关器件(A1)的一端接外部直流母线电压正极，靠近第六开关器件(A6)的一端接外部直流母线电压负极，第三开关器件(A3)与第四开关器件(A4)之间引出输出端子；所述中路一的一端分别接所述左路中第一母线电容负极(C1)与第二母线电容(C2)正极，另外一端接于所述右路第一开关器件(A1)与第二开关器件(A2)之间；所述中路二中，靠近第十开关器件(A10)的一端分别接所述左路中第二母线电容负极(C2)和第三母线电容(C3)正极，靠近第七开关器件(A7)的另外一端接于所述右路第二开关器件(A2)与第三开关器件(A3)之间；所述中路三中，靠近第十一开关器件(A11)的一端分别接所述左路中第三母线(C3)电容负极和第四母线电容(C4)正极，靠近第八开关器件(A8)的另外一端接于所述右路第四开关器件(A4)与第五开关器件(A5)之间；所述中路四的一端分别接所述左路中第四母线电容(C4)负极与第五母线电容(C5)正极，另外一端接于右路第五开关器件(A5)与第六开关器件(A6)之间；所述左路中，第一母线电容(C1)正极接外部直流母线电压正极，第五母线电容负极(C5)接外部直流母线电压负极；第一箝位电容(CA1)正极接于右路中第一开关器件(A1)与第二开关器件之间(A2)，负极接于所述中路二中第七开关器件(A7)与第十开关器件(A10)之间；第二箝位电容(CA2)正极接第一箝位电容(CA1)负极，负极接所述中路三中第八开关器件(A8)与第十一开关器件(A10)之间；第三钳位电容(CA3)正极接第二箝位电容(CA3)负极，正极接所述右路中第五开关器件(A5)与第六开关器件(A6)之间。...

【技术特征摘要】
1.一种用于电力变换系统的六电平电路拓扑结构，其特征在于，所述电路包括由第一母线电容(C1)、第二母线电容(C2)、第三母线电容(C3)、第四母线电容(C4)、第五母线电容(C5)依次同向串联组成的左路，由第一开关器件(A1)、第二开关器件(A2)、第三开关器件(A3)、第三开关器件(A3)、第四开关器件(A4)、第五开关器件(A5)、第六开关器件(A6)依次串联的组成的右路，由第九开关器件(A9)组成的中路一，由第七开关器件(A7)和第十开关器件(A10)串联组成的中路二，由第八开关器件(A8)和第十一开关器件(A11)串联的组成的中路三，由第十二开关器件(A12)组成的中路四，以及三个用于稳压储能的箝位电容；所述右路中，靠近第一开关器件(A1)的一端接外部直流母线电压正极，靠近第六开关器件(A6)的一端接外部直流母线电压负极，第三开关器件(A3)与第四开关器件(A4)之间引出输出端子；所述中路一的一端分别接所述左路中第一母线电容负极(C1)与第二母线电容(C2)正极，另外一端接于所述右路第一开关器件(A1)与第二开关器件(A2)之间；所述中路二中，靠近第十开关器件(A10)的一端分别接所述左路中第二母线电容负极(C2)和第三母线电容(C3)正极，靠近第七开关器件(A7)的另外一端接于所述右路第二开关器件(A2)与第三开关器件(A3)之间；所述中路三中，靠近第十一开关器件(A11)的一端分别接所述左路中第三母线(C3)电容负极和第四母线电容(C4)正极，靠近第八开关器件(A8)的另外一端接于所述右路第四开关器件(A4)与第五开关器件(A5)之间；所述中路四的一端分别接所述左路中第四母线电容(C4)负极与第五母线电容(C5)正极，另外一端接于右路第五开关器件(A5)与第六开关器件(A6)之间；所述左路中，第一母线电容(C1)正极接外部直流母线电压正极，第五母线电容负极(C5)接外部直流母线电压负极；第一箝位电容(CA1)正极接于右路中第一开关器件(A1)与第二开关器件之间(A2)，负极接于所述中路二中第七开关器件(A7)与第十开关器件(A10)之间；第二箝位电容(CA2)正极接第一箝位电容(CA1)负极，负极接所述中路三中第八开关器件(A8)与第十一开关器件(A10)之间；第三钳位电容(CA3)正极接第二箝位电容(CA3)负极，正极接所述右路中第五开关器件(A5)与第六开关器件(A6)之间。2.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一至第六开关器件中每一个开关器件均包括一个开关管；所述第七至第十二开关器件中每一个开关器件均包括两个反向串联的开关管。3.根据权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述右路中，第一开关器件(A1)中的第一开关管(SA1)、第二开关器件(A2)中的第二开关管(SA2)、第三开关器件(A3)中的第三开关管(SA3)、第四开关器件(A4)中的第四开关管(SA4)、第五开关器件(A5)中的第五开关管(SA5)、第六开关器件(A6)中的第六开关管同向串联，第一开关管(SA1)的正极接外部直流母线电压正极，第六开关管(SA6)负极接外部直流母线电压负极；所述中间路一中，第九开关器件包括第十一开关管(SA91)和第十二开关管(SA92)，第十一开关管(SA91)的正极分别接所述左路中第一母线电容负极(C1)与第二母线电容(C2)正极，负极接第十二开关管(SA92)的负极，第十二开关管(SA92)的正极分别接所述右路中第一开关管(SA1)的负极第二开关管(SA2)的正极；所述中间路二中，第七开关器件包括第七开关管(SA71)和第八开关管(SA72)，第十开关器件包括第十三开关管(SA101)和第十四开关管(SA102)，第十三开关管(SA101)、第十四开关管(SA102)、第七开关管(SA71)、第八开关管(SA72)依次交替反向串联，第十三开关管(SA101)正极分别接所述左路中第二母线电容负极(C2)和第三母线电容(C3)正极，第八开关管(SA72)正极分别接右路中第二开关管(SA2)的负极第三开关管(SA3)的正极；所述中间路三中，第八开关器件包括第九开关管(SA81)和第十开关管(SA82)，第十一开关器件包括第十五开关管(SA111)和第十六开关管(SA112)，第十五开关管(SA111)、第十六开关管(SA112)、第九开关管(SA81)、第十开关管(SA82)依次交替反向串联，第十五开关管(SA111)正极分别接所述左路中第三母线电容负极(C2)和第四母线电容(C4)正极，第十开关管(SA82)的正极分别接右路中第四开关管(SA4)的负极和第五开关管(SA5)的正极；所述中间路四中，第十二开关器件包括第十七开关管(SA121)和第十八开关管(SA122)，第十七开关管(SA121)的正极分别接所述左路中第四母线电容负极(C4)与第五母线电容(C5)正极，负极接第十八开关管(SA122)的负极，第十八开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋崇辉，宋家祥，韩涛，刁乃哲，孙先瑞，王堃，马羽，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21