一种多电平变换器子模块电路及多电平变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种多电平变换器子模块电路及多电平变换器，其中，所述多电平变换器子模块电路包括用于充放电的储能单元；用于根据接收到的控制指令使所述多电平变换器子模块电路的工作模态处于电容充电模态、电容放电模态、电容旁路模态、电流阻断模态和电流过零续流模态其中一种的桥式电路单元；所述多电平变换器子模块电路还包括输入输出单元；所述储能单元和输入输出单元均连接桥式电路单元，可应用于各类多电平变换器，在减少了开关器件使用的同时能有效提高电压利用率及输出电平数，且提供了电流过零续流模态有效杜绝了电压尖峰的产生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能转换
，特别涉及一种多电平变换器子模块电路及多电平变换器。
技术介绍
随着大容量、新能源、特殊环境电能变换技术，特别是近年来流行的高压直流输电技术(HighVoltageDirectCurrent,HVDC)的不断发展，能源系统对多电平变换器的灵活性和稳定性要求也日益苛刻，传统两电平变换器拓扑已无法满足高电压和大功率等级的要求。模块化组合多电平变换器（MMC）自2002年提出以来，以其独特的结构优势逐渐成为多电平变换器领域的研究重点，为应对当前能源技术发展的需要，大量新型拓扑被与新型子模块电路被设计并运用于各类MMC系统。然而现有MMC子模块电路存在器件数多，控制复杂，稳定性不高等缺点。因而现有技术还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种多电平变换器子模块电路及多电平变换器，可应用于各类多电平变换器，在减少了开关器件使用的同时能有效提高电压利用率及输出电平数，且提供了电流过零续流模态有效杜绝了电压尖峰的产生。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种多电平变换器子模块电路，其包括用于充放电的储能单元；用于根据接收到的控制指令使所述多电平变换器子模块电路的工作模态处于电容充电模态、电容放电模态、电容旁路模态、电流阻断模态和电流过零续流模态其中一种的桥式电路单元；所述多电平变换器子模块电路还包括输入输出单元；所述储能单元和输入输出单元均连接桥式电路单元。所述的多电平变换器子模块电路中，所述储能单元包括第一电容，所述第一电容与所述桥式电路单元并联。所述的多电平变换器子模块电路中，所述桥式电路单元包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一功率二极管和第二功率二极管；所述第一功率开关管的发射极连接第一电容的一端和第二功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的集电极连接第三开关管的集电极、第一功率二极管的负极和输入输出单元；所述第二功率开关管的发射极连接第四功率开关管的集电极、第二功率二极管的负极和输入输出单元；所述第三功率开关管的发射极连接第一电容的另一端、第一功率二极管的正极和第四功率开关管的发射极；所述第四功率开关管的发射极还连接第二功率二极管的正极。所述的多电平变换器子模块电路中，所述输入输出单元包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端连接第一功率开关管的集电极，所述第二连接端连接第二功率开关管的发射极。所述的多电平变换器子模块电路中，当所述多电平变换器子模块电路处于电容充电模态时，控制第一功率开关管和第二功率二极管导通、且第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管和第一功率二极管截止。所述的多电平变换器子模块电路中，当所述多电平变换器子模块电路处于电容放电模态时，控制第二功率开关管和第三功率开关管导通、且第一功率开关管、第四功率开关管、第一功率二极管和第二功率二极管截止。所述的多电平变换器子模块电路中，当所述多电平变换器子模块电路处于电流阻断模态时，控制第二功率开关管、第四功率开关管和第二功率二极管导通、且第一功率开关管、第三功率开关管和第一功率二极管截止。所述的多电平变换器子模块电路中，当所述多电平变换器子模块电路处于电容旁路模态时，控制第一功率开关管和第二功率开关管导通、且第三功率开关管、第四功率开关管、第一功率二极管和第二功率二极管截止；或者，控制第三功率开关管和第二功率二极管导通、且第一功率开关管、第二功率开关管、第四功率开关管和第一功率二极管截止。所述的多电平变换器子模块电路中，当所述多电平变换器子模块电路处于电流过零续流模态时，控制第四功率开关管和第一功率二极管导通、且第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第二功率二极管截止。一种多电平变换器，其包括若干个如上所述的多电平变换器子模块电路。相较于现有技术，本专利技术提供的多电平变换器子模块电路及多电平变换器中，所述多电平变换器子模块电路包括用于充放电的储能单元；用于根据接收到的控制指令使所述多电平变换器子模块电路的工作模态处于电容充电模态、电容放电模态、电容旁路模态、电流阻断模态和电流过零续流模态其中一种的桥式电路单元；所述多电平变换器子模块电路还包括输入输出单元；所述储能单元和输入输出单元均连接桥式电路单元，可应用于各类多电平变换器，在减少了开关器件使用的同时能有效提高电压利用率及输出电平数，且提供了电流过零续流模态有效杜绝了电压尖峰的产生。附图说明图1为本专利技术提供的多电平变换器子模块电路的电路图。图2为本专利技术提供的多电平变换器子模块电路电容充电模态的示意图。图3为本专利技术提供的多电平变换器子模块电路电容放电模态的示意图。图4为本专利技术提供的多电平变换器子模块电路电流阻断模态的示意图。图5为本专利技术提供的多电平变换器子模块电路电容旁路模态第一实施例的示意图。图6为本专利技术提供的多电平变换器子模块电路电容旁路模块第二实施例的示意图。图7为本专利技术提供的多电平变换器子模块电路电流过零续流模态的示意图。图8为本专利技术提供的多电变换器优选实施例的电路图。图9为本专利技术提供的多电变换器优选实施例仿真输出的电压波形图。图10为本专利技术提供的多电变换器优选实施例仿真输出的电流波形图。具体实施方式本专利技术提供的多电平变换器子模块电路及多电平变换器在减少了开关器件使用的同时能有效提高电压利用率及输出电平数，且提供了电流过零续流模态有效杜绝了电压尖峰的产生。为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，本专利技术提供的多电平变换器子模块电路包括用于充放电的储能单元10；用于根据接收到的控制指令使所述多电平变换器子模块电路的工作模态处于电容充电模态、电容放电模态、电容旁路模态、电流阻断模态和电流过零续流模态其中一种的桥式电路单元20；所述多电平变换器子模块电路还包括输入输出单元30；所述储能单元10和输入输出单元30均连接桥式电路单元20，本专利技术通过控制桥式电路单元20的工作状态实现了多种工作模态，实现了子模块电路的高可控性，同时在实现了传统全桥子模块电路直流侧电容充电、电容放电及电容旁路三种工作模态外还具有一个电流过零续流模态，有效杜绝了电压尖峰的产生，使得电压输出波形更加平缓。具体地，所述储能单元10包括用于直流侧充放电的第一电容C1，所述第一电容C1与所述桥式电路单元20并联，所述桥式电路单元20包括第一功率开关管T1、第二功率开关管T2、第三功率开关管T3、第四功率开关管T4、第一功率二极管D1和第二功率二极管D2；所述第一功率开关管T1的发射极连接第一电容C1的一端和第二功率开关管T2的集电极，所述第一功率开关管T1的集电极连接第三开关管的集电极、第一功率二极管D1的负极和输入输出单元30；所述第二功率开关管T2的发射极连接第四功率开关管T4的集电极、第二功率二极管D2的负极和输入输出单元30；所述第三功率开关管T3的发射极连接第一电容C1的另一端、第一功率二极管D1的正极和第四功率开关管T4的发射极；所述第四功率开关管T4的发射极还连接第二功率二极管D2的正极，其中，所述第一功率开关管T1、第二功率开关管T2、第三功率开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电平变换器子模块电路，其特征在于，包括用于充放电的储能单元；用于根据接收到的控制指令使所述多电平变换器子模块电路的工作模态处于电容充电模态、电容放电模态、电容旁路模态、电流阻断模态和电流过零续流模态其中一种的桥式电路单元；所述多电平变换器子模块电路还包括输入输出单元；所述储能单元和输入输出单元均连接桥式电路单元。

【技术特征摘要】
1.一种多电平变换器子模块电路，其特征在于，包括用于充放电的储能单元；用于根据接收到的控制指令使所述多电平变换器子模块电路的工作模态处于电容充电模态、电容放电模态、电容旁路模态、电流阻断模态和电流过零续流模态其中一种的桥式电路单元；所述多电平变换器子模块电路还包括输入输出单元；所述储能单元和输入输出单元均连接桥式电路单元。2.根据权利要求1所述的多电平变换器子模块电路，其特征在于，所述储能单元包括第一电容，所述第一电容与所述桥式电路单元并联。3.根据权利要求2所述的多电平变换器子模块电路，其特征在于，所述桥式电路单元包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一功率二极管和第二功率二极管；所述第一功率开关管的发射极连接第一电容的一端和第二功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的集电极连接第三开关管的集电极、第一功率二极管的负极和输入输出单元；所述第二功率开关管的发射极连接第四功率开关管的集电极、第二功率二极管的负极和输入输出单元；所述第三功率开关管的发射极连接第一电容的另一端、第一功率二极管的正极和第四功率开关管的发射极；所述第四功率开关管的发射极还连接第二功率二极管的正极。4.根据权利要求3所述的多电平变换器子模块电路，其特征在于，所述输入输出单元包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端连接第一功率开关管的集电极，所述第二连接端连接第二功率开关管的发射极。5.根据权利要求3所述的多电平变换器子模块电路，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李湘峰，屈莉莉，张彩霞，姜桂秀，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44