模块化多电平变换器及电力电子变压器制造技术

本发明专利技术提供了一种模块化多电平变换器和一种电力电子变压器，所述模块化多电平变换器包括：一低频交流转直流模块，包括三个并联在输出端V1、V2之间的分支电路，每一分支电路由复数IGBT半桥电路串联而成，且所述分支电路中间位置的两个相邻的IGBT半桥电路的电联接点N0与一电压输入端Vin相连；一直流转高频交流模块，连接在所述输出端V1、V2之间，所述直流转高频交流模块由复数IGBT半桥电路串联而成，所述直流转高频交流模块具有复数组输出端。本发明专利技术的模块化多电平变换器和电力电子变压器具有较小的体积、较低的成本和较佳的使用稳定性。

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平变换器及电力电子变压器
本专利技术涉及变压器
，特别涉及一种模块化多电平变换器和一种电力电子变压器。
技术介绍
变压器是电力系统所用到的关键装置。在电力系统中，变压器将发电厂发出的电压升高后进行远距离输电，到达目的地以后再用变压器将电压降低以供用户使用。因此，在整个电力系统中，变压器是最为常见和重要的装置之一。请参见图1，传统的变压器包括三个主要部分，分别为铁芯、原边线圈和副边线圈，原边线圈和副边线圈分别绕设于铁芯上，原边线圈与电源连接，副边线圈与负载连接。铁芯一般由铁制成，铁芯为变压器的原边和副边提供磁回路，且将原边和副边隔离。然而，此种变压器体积大，重量重，一旦原边侧的电压波形确定，副边侧的电压波形也就确定，不可控，波形大小、频率和质量均无法调节。另外，此种变压器没有冗余，当出现问题时，需要关闭进行维修。随着用户需求的变化，出现越来越多的非线性负载和谐波负载，负载的需求越来越大，且具有间歇性和多样性，电力电子变压器应运而生。一种现有的电力电子变压器，由高压级、隔离级和低压级三级组成，所述电力电子变压器采用模块化级联结构。为了使原边电流谐波较小，在每一级联模块下需加设移相变压器，然而，移相变压器的体积大，成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种模块化多电平变换器和一种电力电子变压器，具有较小的体积、较低的成本和较佳的使用稳定性。本专利技术提供了一种模块化多电平变换器，其包括：一低频交流转直流模块，包括三个并联在输出端V1、V2之间的分支电路，每一分支电路由复数IGBT半桥电路串联而成，且所述分支电路中间位置的两个相邻的IGBT半桥电路的电联接点N0与一电压输入端Vin相连；一直流转高频交流模块，连接在所述输出端V1、V2之间，所述直流转高频交流模块由复数IGBT半桥电路串联而成，所述直流转高频交流模块具有复数组输出端，每组输出端包括一第一输出端V3和一第二输出端V4，所述第一输出端V3与所述IGBT半桥电路中的两个相邻的IGBT半桥电路间的电联接点N1相连，所述第二输出端V4与所述IGBT半桥电路中的另两个相邻的IGBT半桥电路间的电联接点N2相连。在模块化多电平变换器的一种示意性实施例中，所述IGBT半桥电路包括一第一电容C1、一第一IGBT管IGBT1及一第二IGBT管IGBT2，所述第一IGBT管IGBT1和所述第二IGBT管IGBT2串联后与所述第一电容C1并联；所述第一IGBT管IGBT1的集电极和所述第一电容C1的正极相连，所述第一IGBT管IGBT1的发射极和所述第二IGBT管IGBT2的集电极相连并作为一第一连接端子，所述第二IGBT管IGBT2的发射极和所述第一电容C1的负极相连并作为一第二连接端子，所述第二连接端子与相邻的所述IGBT半桥电路的所述第一连接端子相连。在模块化多电平变换器的一种示意性实施例中，所述直流转高频交流模块中每两个相邻的IGBT半桥电路间的电联接点与所述第一输出端V3或所述第二输出端V4相连。在模块化多电平变换器的一种示意性实施例中，所述低频交流转直流模块还包括偶数个电感L，所述电感L串联于所述分支电路的中间位置，且所述电感L串联在所述第一连接端子和与其相邻的所述第二连接端子之间，所述偶数个电感L中间的电联接点N0与所述电压输入端Vin相连。本专利技术还提供了一种电力电子变压器，其包括：上述的模块化多电平变换器；复数高频变压模块，每一高频变压模块与对应的所述第一输出端V3及所述第二输出端V4相连；复数高频交流变低频交流模块，每一高频交流变低频交流模块与对应的所述高频变压模块相连。在电力电子变压器的一种示意性实施例中，所述高频变压模块包括一变压器T1和一第二电容C2，所述变压器T1的原边线圈与对应的所述第一输出端V3及所述第二输出端V4相连，所述变压器T1的副边线圈的输出端V5、V6与所述高频交流变低频交流模块相连。在电力电子变压器的一种示意性实施例中，所述高频交流变低频交流模块包括复数二极管D1、D2、D3、D4、一第三电容C3和复数IGBT管IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8，所述二极管D1和所述二极管D2构成一第一桥臂，所述二极管D3和所述二极管D4构成一第二桥臂，所述二极管D1和所述二极管D2间的电联接点与所述输出端V5相连，所述二极管D3和所述二极管D4间的电联接点与所述输出端V6相连；所述IGBT管IGBT3和所述IGBT管IGBT4构成一第三桥臂，所述IGBT管IGBT5和所述IGBT管IGBT6构成一第四桥臂，所述IGBT管IGBT7和所述IGBT管IGBT8构成一第五桥臂，所述第三电容C3、所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂、所述第四桥臂及所述第五桥臂并联，三个电压输出端Vout分别与所述IGBT管IGBT3和所述IGBT管IGBT4间的电联接点、分别与所述IGBT管IGBT5和所述IGBT管IGBT6间的电联接点、所述IGBT管IGBT7和所述IGBT管IGBT8间的电联接点相连。从上述方案中可以看出，在本专利技术的模块化多电平变换器及电力电子变压器中，低频交流转直流模块和直流转高频交流模块均包括复数串联的IGBT半桥电路，采用IGBT半桥电路而无需设置移相变压器，从而有利于减小体积，降低成本；此外，直流转高频交流模块具有复数输出端，每一输出端的电压数值可依照实际需求设定，当一组输出端出现故障时，其他输出端可正常使用，而不需要立即停机维修，有利于降低成本，提升使用的稳定性。附图说明下面将通过参照附图详细描述本专利技术的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本专利技术的上述及其它特征和优点，附图中：图1为传统的变压器的结构示意图。图2为本专利技术一实施例的电力电子变压器的架构示意图。图3为图2所示的电力电子变压器的模块化多电平变换器的一实施例的拓扑结构图。图4为图3所示的模块化多电平变换器的IGBT半桥电路的一实施例的电路图。图5为图2所示的电力电子变压器的高频变压模块和高频交流变低频交流模块的一实施例的电路图。在上述附图中，所采用的附图标记如下：100电力电子变压器10模块化多电平变换器12低频交流转直流模块122分支电路123IGBT半桥电路124第一连接端子125第二连接端子13直流转高频交流模块20高频变压模块30高频交流变低频交流模块N0、N1、N2电联接点Vin电压输入端L电感IGBT1第一IGBT管IGBT2第二IGBT管IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT管IGBT6、IGBT7、IGBT8C1第一电容C2第二电容C3第三电容V1、V2、V5、V6输出端V3第一输出端V4第二输出端D1、D2、D3、D4二极管Vout电压输出端具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本专利技术进一步详细说明。图2为本专利技术一实施例的电力电子变压器的架构示意图。请参见图2，本实施例的电力电子变压器100包括模块化多电平变换器(ModularMultilevelConverter,MMC)10、复数高频变压模块20和复数高频交流变低频交流模块30，其中，模块化多电平变换器10包括低频交流转直流模块12和直流转高频交流模块13。具体地，图3为图2所示的电力电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平变换器(10)，其特征在于，所述模块化多电平变换器(10)包括：一低频交流转直流模块(12)，包括三个并联在输出端(V1、V2)之间的分支电路(122)，每一分支电路(122)由复数IGBT半桥电路(123)串联而成，且所述分支电路(122)中间位置的两个相邻的IGBT半桥电路(123)的电联接点(N0)与一电压输入端(Vin)相连；一直流转高频交流模块(13)，连接在所述输出端(V1、V2)之间，所述直流转高频交流模块(13)由复数IGBT半桥电路(123)串联而成，所述直流转高频交流模块(13)具有复数组输出端，每组输出端包括一第一输出端(V3)和一第二输出端(V4)，所述第一输出端(V3)与所述IGBT半桥电路(123)中的两个相邻的IGBT半桥电路(123)间的电联接点(N1)相连，所述第二输出端(V4)与所述IGBT半桥电路(123)中的另两个相邻的IGBT半桥电路(123)间的电联接点(N2)相连。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平变换器(10)，其特征在于，所述模块化多电平变换器(10)包括：一低频交流转直流模块(12)，包括三个并联在输出端(V1、V2)之间的分支电路(122)，每一分支电路(122)由复数IGBT半桥电路(123)串联而成，且所述分支电路(122)中间位置的两个相邻的IGBT半桥电路(123)的电联接点(N0)与一电压输入端(Vin)相连；一直流转高频交流模块(13)，连接在所述输出端(V1、V2)之间，所述直流转高频交流模块(13)由复数IGBT半桥电路(123)串联而成，所述直流转高频交流模块(13)具有复数组输出端，每组输出端包括一第一输出端(V3)和一第二输出端(V4)，所述第一输出端(V3)与所述IGBT半桥电路(123)中的两个相邻的IGBT半桥电路(123)间的电联接点(N1)相连，所述第二输出端(V4)与所述IGBT半桥电路(123)中的另两个相邻的IGBT半桥电路(123)间的电联接点(N2)相连。2.如权利要求1所述的模块化多电平变换器(10)，其特征在于，所述IGBT半桥电路(123)包括一第一电容(C1)、一第一IGBT管(IGBT1)及一第二IGBT管(IGBT2)，所述第一IGBT管(IGBT1)和所述第二IGBT管(IGBT2)串联后与所述第一电容(C1)并联；所述第一IGBT管(IGBT1)的集电极和所述第一电容(C1)的正极相连，所述第一IGBT管(IGBT1)的发射极和所述第二IGBT管(IGBT2)的集电极相连并作为一第一连接端子(124)，所述第二IGBT管(IGBT2)的发射极和所述第一电容(C1)的负极相连并作为一第二连接端子(125)，所述第二连接端子(125)与相邻的所述IGBT半桥电路(123)的所述第一连接端子(124)相连。3.如权利要求1所述的模块化多电平变换器(10)，其特征在于，所述直流转高频交流模块(13)中每两个相邻的IGBT半桥电路(123)间的电联接点与所述第一输出端(V3)或所述第二输出端(V4)相连。4.如权利要求2所述的模块化多电平变换器(10)，其特征在于，所述低频交流转直流模块(12)还包括偶数个电感(L)，所述电感(L)串联于所述分支电路(122)的中间位置，且所述电感(L)串联在所述第一连接端子(124)和与其相邻的所述第二连接端子(125)之间，所述偶数个电感(L)中间的电联接点(N0)与所述电压输入端(Vin)相连。5.一种电力电子变压器(100)，其特征在于，所述电力电子变压器(100)包括：一模块化多电平变换器(10)，其包括：一低频交流转直流模块(12)，包括三个并联在输出端(V1、V2)之间的分支电路(122)，每一分支电路(122)由复数IGBT半桥电路(123)串联而成，且所述分支电路(122)中间位置的两个相邻的IGBT半桥电路(123)的电联接点(N0)与一电压输入端(Vin)相连；一直流转高频交流模块(13)，连接在所述输出端(V1、V2)之间，所述直流转高频交流模块(13)由复数IGBT半桥电路(123)串联而成，所述直流转高频交流模块(13)具有复数组输出端，每组输出端包括一第一输出端(V3)和一第二输出端(V4)，所述第一输出端(V3)与所述IGBT半桥电路(123)中的两个相邻的IGBT半桥电路(123)间的电联接点(N1)相连，所述第二输出端(V4)与所述IGBT半桥电路(123)中的另两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚吉隆，赵研峰，石磊，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE