双输出单相六开关组MMC逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了双输出单相六开关组MMC逆变器及其控制方法。本发明专利技术的逆变器包括直流电源、第一桥臂、第二桥臂、第一负载和第二负载；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组、中开关组、下开关组和耦合电感串联而成；第一负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组和第二桥臂的中开关组的上端，第二负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组和第二桥臂的中开关组的下端。该逆变器采用载波移相PWM控制，具有两路2N+1电平的交流输出，功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流电源电压的1/N，适合于高压、大功率、双负载的场合。第一桥臂的耦合电感原副边和第二桥臂的耦合电感的原、副边均可由第一电感和第二电感两个独立电感替代。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了双输出单相六开关组MMC逆变器及其控制方法。本专利技术的逆变器包括直流电源、第一桥臂、第二桥臂、第一负载和第二负载；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组、中开关组、下开关组和耦合电感串联而成；第一负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组和第二桥臂的中开关组的上端，第二负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组和第二桥臂的中开关组的下端。该逆变器采用载波移相PWM控制，具有两路2N+1电平的交流输出，功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流电源电压的1/N，适合于高压、大功率、双负载的场合。第一桥臂的耦合电感原副边和第二桥臂的耦合电感的原、副边均可由第一电感和第二电感两个独立电感替代。【专利说明】双输出单相六开关组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，具体涉及一种双输出单相六开关组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。单相六开关变换器相对于传统的八开关变换器减少了一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，六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，六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，且存在六个开关的均压问题，这极大的限制了单相六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，当两条不同频率的交流线路的相连时，需要2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，提出一种双输出单相六开关组MMC逆变器及其控制方法。本专利技术采用的技术方案如下。双输出单相六开关组MMC逆变器包括直流电源、第一桥臂、第二桥臂、第一负载和第二负载；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组、中开关组、下开关组和耦合电感串联而成；第一桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第一桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第一桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联而成；第一负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组和第二桥臂的中开关组的上端，第二负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组和第二桥臂的中开关组的下端；第一负载的两端作为第一路输出，第二负载的两端作为第二路输出。第一桥臂的耦合电感原副边和第二桥臂的耦合电感的原、副边均可由第一电感和第二电感两个独立电感替代。进一步地，所述双输出单相六开关组MMC逆变器中，直流电源的正极与第一桥臂的上开关组的上端、第二桥臂的上开关组的上端连接，直流电源的负极与第一桥臂的下开关组的下端、第二桥臂的下开关组的下端连接；第一桥臂的上开关组的下端与第一桥臂的耦合电感的原边的同名端连接，第一桥臂的耦合电感的原边的非同名端与第一桥臂的中开关组的上端连接，第一桥臂的中开关组的下端与第一桥臂的耦合电感副边的同名端连接，第一桥臂的耦合电感副边的非同名端与第一桥臂的开关组的上端连接；第二桥臂的结构与第一桥臂的结构完全一致；直流电源的负极与第一桥臂的下开关组的下端、第二桥臂的下开关组的下端、地端连接；第一负载的一端与第一桥臂的中开关组的上端连接，第一负载的另一端与第二桥臂的中开关组的上端连接，第二负载的一端与第一桥臂的中开关组的下端连接，第二负载的另一端与第二桥臂的中开关组的下端连接。进一步地，功率开关单元包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和电容。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。每个开关组的第i个功率开关单元的第二输出端与第i + Ι个功率开关单元的第一输出端连接，其中i的取值为I?N-1。上述逆变器的控制方法包括:采用载波移相PWM控制每个开关组的开关管的开通与关断；第一桥臂的上开关组的第i个功率开关单元、第一桥臂的下开关组的第i个功率开关单元、第二桥臂的上开关组的第i个功率开关单元和第二桥臂的下开关组的第i个功率开关单元采用相同三角波作为第i个载波Ci，其中i的取值为I?N ;N个载波依次滞后相角360° /N ;第一桥臂的上开关组米用第一正弦波Ral叠加第一直流偏置Rdtja作为第一桥臂的第一调制波Ral+RdM，第一桥臂的下开关组采用第二正弦波Rbl叠加第二直流偏置Rdtjb作为第一桥臂的第二调制波Rbl+Rd()b，第二桥臂的上开关组采用第三正弦波Ra2叠加第一直流偏置Rdtja作为第二桥臂的第一调制波Ra2+RdM，第二桥臂的下开关组采用第四正弦波Rb2叠加第二直流偏置Rdtjb作为第二桥臂的第二调制波Rb2+Rd()b;第一正弦波Ral与第三正弦波Ra2的频率相同且相位差为180°，第二正弦波Rbl与第四正弦波Rb2的频率相同且相位差为180°。上述控制方法中，第一桥臂的第一调制波Ral+RdM与第i个载波Ci通过第一比较器得到第一桥臂的上开关组的第i个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，当第一桥臂的第一调制波调制波Ral+RdM大于第i个载波Ci时，第一比较器输出高电平，当第一桥臂的第一调制波调制波Ral+RdM小于第i个载波Ci时，第一比较器输出低电平，其中i的取值为I?N ;第一桥臂的第二调制波Rbl+Rd()b与第i个载波Ci通过第二比较器得到第一桥臂的下开关组的第i个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，当第一桥臂的第二调制波Rm+R-小于第i个载波Ci时，第二比较器输出高电平，当第一桥臂的第二调制波Rbl+Rd()b大于第i个载波Ci时，第二比较器输出低电平；第一桥臂的上开关组的第i个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平和第一桥臂的下开关组的第i个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平通过第一异或门得到第一桥臂的中开关组的第i个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平；第二桥臂的第一调制波Ra2+RdM与第i个载波Ci通过第三比较器得到第二桥臂的上开关组的第i个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平，当第二桥臂的第一调制波Ra2+RdM大于第i个载波Ci时，第三比较器输出高电平，当第二桥臂的第一调制波Ra2+RdM小于第i个载波Ci时，第三比较器输出低电平；第二桥臂的第二调制波R本文档来自技高网...

【技术保护点】
双输出单相六开关组MMC逆变器，其特征在于：包括直流电源（Udc）、第一桥臂、第二桥臂、第一负载和第二负载；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组（H1、H2）、中开关组（M1、M2）、下开关组（L1、L2）和耦合电感（LH1:LL1、LH2:LL2）串联而成；第一桥臂的上开关组（H1）由N个功率开关单元（SMH11、SMH12、…、SMH1N）串联而成，第一桥臂的中开关组（M1）由N个功率开关单元（SMM11、SMM12、…、SMM1N）串联而成，第一桥臂的下开关组（L1）由N个功率开关单元（SML11、SML12、…、SML1N）串联而成，第二桥臂的上开关组（H2）由N个功率开关单元（SMH21、SMH22、…、SMH2N）串联而成，第二桥臂的中开关组（M2）由N个功率开关单元（SMM21、SMM22、…、SMM2N）串联而成，第二桥臂的下开关组（L2）由N个功率开关单元（SML21、SML22、…、SML2N）串联而成；第一负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组（M1）和第二桥臂的中开关组（M2）的上端（o），第二负载的两端分别接到第一桥臂的中开关组（M1）和第二桥臂的中开关组（M2）的下端（p）；第一负载的两端作为第一路输出，第二负载的两端作为第二路输出。...

【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：广东;44