本发明专利技术提供N输出单相N+1开关组MMC逆变器及控制方法。所述逆变器包括直流电源、电容桥臂、开关桥臂和N个负载，电容桥臂由N+1个电容串联而成，开关桥臂由N+1个开关组、第一电感和第二电感串联而成；开关桥臂的第i个开关组由n个功率开关单元串联而成，其中i的取值为1~N+1；第k个负载的一端接到电容桥臂的第k+1个电容的正极，第k个负载的另一端接到开关桥臂的第k+1个开关组的上端，其中k的取值为1~N-1；第N个负载的一端接到电容桥臂的第N+1个电容的正极，第N个负载的另一端接到开关桥臂的第N+1个开关组的下端。该逆变器采用载波移相PWM控制，逆可以输出N路n+1电平交流电压。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供N输出单相N+1开关组MMC逆变器及控制方法。所述逆变器包括直流电源、电容桥臂、开关桥臂和N个负载，电容桥臂由N+1个电容串联而成，开关桥臂由N+1个开关组、第一电感和第二电感串联而成；开关桥臂的第i个开关组由n个功率开关单元串联而成，其中i的取值为1~N+1；第k个负载的一端接到电容桥臂的第k+1个电容的正极，第k个负载的另一端接到开关桥臂的第k+1个开关组的上端，其中k的取值为1~N-1；第N个负载的一端接到电容桥臂的第N+1个电容的正极，第N个负载的另一端接到开关桥臂的第N+1个开关组的下端。该逆变器采用载波移相PWM控制，逆可以输出N路n+1电平交流电压。【专利说明】N输出单相N+1开关组MMC逆变器及其控制方法
本专利技术涉及模块组合多电平(MMC)变换器领域，具体涉及一种N输出单相N+1开关组MMC逆变器及其控制方法。
技术介绍
目前功率变换器正向小型化、高可靠性和低损耗方向发展，在这种趋势下出现两种改进变换器的方向:减少无源器件或者改进变换器拓扑结构以减少有源器件作为减少有源器件方向的新进展。单相N+1开关变换器相对于传统的2N开关变换器减少了 N-1个开关及相应的驱动电路，在考虑成本与体积的应用中占有一定的优势。然而，N+1开关变换器的两路单相输出均为两电平，输出交流波形比较差。此外，N+1个开关中每个开关承受的电压应力为直流母线电压的一半，且存在N+1个开关管的均压问题，这极大的限制了单相N+1开关变换器在高压和大功率场合的应用。近年来，多电平变换技术得到不断推广，并已成功应用在诸如高压直流输电、电力传动、有源滤波、静止同步补偿等工业领域，目前常见的电压型多电平变换器拓扑大致可分为箱位型和单元级联型两大类。模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。然而，当N条不同频率的交流线路的相连时，需要2N个MMC变换器，这极大的增加了工程成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种N输出单相N+1开关组MMC逆变器及其控制方法。本专利技术通过如下技术方案实现。N输出单相N+1开关组MMC逆变器，包括直流电源、电容桥臂、开关桥臂和N个负载；所述电容桥臂由N+1个电容串联而成，所述开关桥臂由N+1个开关组、第一电感和第二电感串联而成；开关桥臂的第i个开关组由n个功率开关单元串联而成，其中i的取值为I?N+1 ;第k个负载的一端接到电容桥臂的第k+1个电容的正极，第k个负载的另一端接到开关桥臂的第k+1个开关组的上端，其中k的取值为I?N-1 ;第N个负载的一端接到电容桥臂的第N+1个电容的正极，第N个负载的另一端接到开关桥臂的第N+1个开关组的下端；第k个负载的两端作为第k路输出，其中k的取值为I?N ;电容桥臂的每个电容的电压均为Ude/(N+1)。第一电感和第二电感相互耦合，构成一对耦合电感。N>2，n为正整数。所述N输出单相N+1开关组MMC逆变器中，直流电源的正极与电容桥臂的第I个电容、开关桥臂的第I个开关组的上端连接；开关桥臂的第I个开关组的下端与第一电感的一端连接，第一电感的另一端与开关桥臂的第2个开关组的上端连接；开关桥臂的第i个开关组的下端与开关桥臂的第i+1开关组的上端连接，其中i的取值为2~N-1 ;开关桥臂的第N个开关组的下端与第二电感的一端连接，第二电感的另一端与开关桥臂的第N+1个开关组的上端连接；电容桥臂的第i个电容的负极与电容桥臂的第i+1电容的正极连接，其中i的取值为I~N ;直流电源的负极与电容桥臂的第N+1电容的负极、开关桥臂的第N+1开关组的下端和地端连接；第k个负载的一端与开关桥臂的第k+1个开关组的上端连接，第k个负载的的另一端与电容桥臂的第k+1个电容的正极连接，其中k的取值为I~N-1 ;第N个负载的一端与开关桥臂的第N个开关组的下端连接，第N个负载的另一端与电容桥臂的第N电容的负极连接。功率开关单元由第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和电容构成。其中，电容的正极与第一开关管的集电极、第一二极管的阴极连接，第一开关管的发射极与第一二极管的阳极、第二开关管的集电极、第二二极管的阴极连接，第二开关管的发射极与第二二极管的阳极、电容的负极连接；第二开关管的集电极作为第一输出端，第二开关管的发射极作为第二输出端。开关桥臂的第i个开关组的第j个功率开关单元的第二输出端与开关桥臂的第i个开关组的第j+1个功率开关单元的第一输出端连接，其中j取值为I~n-1，i取值为I~N+1。上述逆变器的控制方法是:采用载波移相PWM控制开关桥臂的每个开关组的开关管的开通与关断；开关桥臂的每个开关组的第j个功率开关单元采用相同三角波作为第j个载波Cj,其中j的取值为I~n ;n个载波依次滞后相角360° /n ;第1^个负载采用第k个正弦波Rut叠加第k个 直流偏置l-2k/ (N+1)得到第k个调制波Ru+Hk/ (N+1)，其中k的取值为I~N。第k个调制波Ru+Hk/ (N+1)与第j个载波Cj通过第k个比较器，当第k个调制波RLk+l-2k/ (N+1)大于第j个载波Cj时，第k个比较器输出高电平，当第k个调制波RWHk/(N+1)小于第j个载波Cj时，第k个比较器输出低电平，其中k的取值为I~N ;第I个比较器的输出作为开关桥臂的第I个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平；第k-1个比较器的输出通过第k-1个非门，第k-1个非门的输出与第k个比较器的输出通过第k-1个异或门得到开关桥臂的第k个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，其中k的取值为2~N ;第N个比较器的输出通过第N个非门得到开关桥臂的第N+1个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平。所述N输出单相N+1开关组MMC逆变器的工作模式包括同频工作模式(CF模式)和异频工作模式(DF模式)，CF模式中，N路输出的频率相同，幅值不相同；DF模式中，N路输出的频率和幅值均不同。与现有技术相比，本专利技术具有的优势为:具有N路n+1电平交流输出，输出电流波形质量很高，功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流母线电压的1/n，同时能保证变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题。与现有的单相N+1开关变换器相比较，本专利技术所提供的N输出单相N+1开关组MMC逆变器的N路输出均为n+1电平交流输出，输出交流波形的质量有了极大的提高。此外，每个开关管的承受的电压应力仅为直流母线电压的1/n，且本专利技术所提供的控制方法使变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题，这将非常有利于N输出单相N+1开关组MMC逆变器在高压和大功率场合的应用。与现有的MMC变换器相比较，本专利技术所提供的N输出单相N+1开关组MMC逆变器具有N路交流输出，可直接用于N条不同频率的交流线本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张波，付坚，丘东元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。