三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑及其调制方法技术

本发明专利技术公开了三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑及其调制方法，其涉及电力电子功率变换器拓扑及调制领域。本发明专利技术包括三相三电平矩阵式变换器输入端与电源网络电连接，输出端与变压器原边电连接；所述三相三电平矩阵式变换器的每一相包括四组双向开关单元，所述双向开关单元为共发射极反串联结构；所述三相三电平矩阵变换器还设置用双向开关单元分别替代中点钳位二极管、中点钳位电容的三电平结构。本发明专利技术在电路拓扑方面，通过引入更多的开关管后，具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点。通过解结耦双载波SPWM调制方法的使用，有助于降低元器件耐压等级，实现了网侧单位功率因数，降低了输入电流低次谐波的含量。

Topology and Modulation Method of Three-phase Three-level High Frequency Chain Matrix Rectifier

【技术实现步骤摘要】
三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑及其调制方法
本专利技术涉及电力电子功率变换器拓扑及调制领域，尤其是三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑及其调制方法。
技术介绍
整流器是一种把交流电能转换成直流电能的拓扑装置。高频链整流技术与常规整流技术的最大不同在于其利用高频变压器替代工频变压器实现能量传递及输入与输出的电气隔离，从而减小了变压器的体积、重量和噪声，降低了成本，提高了电能利用率，改善了整流器的工作特性。高频链矩阵式整流器在矩阵变换器拓扑的基础上加入了高频变压器和后级桥式整流电路，可以实现网侧单位功率因数，恒定的直流电压输出和交流电流正弦化，能量可双向流动，有利于实现系统的高频化、轻量化，并且具有PWM整流器的优点，即解决了采用二极管的不控整流和采用晶闸管的相控整流所造成的电网无功和谐波污染。同时，由于矩阵式变换器使用双向开关代替了传统单向开关，使其可独立控制电压的频率和幅值。但大多数的高频链矩阵式整流器属于两电平整流电路，其整流输出波形的谐波含量较大，波形质量还需要进一步的提高。这影响了该类变换器的进一步应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑及其调制方法。旨在在具有可输出正负电压，高功率密度，减小输入电流谐波含量等优点的电压型三相高频链矩阵式整流器拓扑基础上，引入更多的开关管，使其构成三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑。然后采用二极管中点钳位型三电平结构，并用可控开关管代替传统中二极管中点钳位型三电平结构中的中点钳位二极管和直流输入侧钳位电容，并引入到高频链矩阵式整流器中；由于其可以输出电平有正、负、零三种状态，使得交流输出具有更好地正弦度以及更高的功率因数；二极管中点钳位型三电平结构的引用如并改进，消除钳位电容的损耗，降低了开关器件的电压应力，拓展了其应用范围，使控制方法更灵活。为实现上述目的，采用了以下技术方案：三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，包括电源网络和整流环节；其特征在于：还包括输入端与电源网络电连接，输出端与整流环节电连接的三相三电平矩阵式变换器；所述三相三电平矩阵式变换器的每一相包括四组双向开关单元，所述双向开关单元为共发射极反串联结构；所述三相三电平矩阵变换器还设置用双向开关单元分别替代中点钳位二极管、中点钳位电容的三电平结构。进一步技术方案在于，所述电源网络为三相电源，其在每一相的输出端依次串联线路阻抗、输入滤波电感后电连接三相三电平矩阵变换器。进一步技术方案在于，所述整流环节采用桥式整流。进一步技术方案在于，在三相三电平矩阵式变换器与整流环节之间串接高频变压器；所述高频变压器T原边与三相三电平矩阵式变换器输出端连接，T副边与整流环节输入端连接。进一步技术方案在于，在所述电源网络中，三相电网电压ea的正极与线路阻抗R1相连；三相电网电压eb的正极与线路阻抗R2相连；三相电网电压ec的正极与线路阻抗R3相连；线路阻抗R1与网侧输入滤波电感L1的一端相连；线路阻抗R2与网侧输入滤波电感L2的一端相连；线路阻抗R3与网侧输入滤波电感L3的一端相连；三相电网电压ea、eb、ec的负极相连。进一步技术方案在于，所述双向开关单元为两个可控开关管发射极相连。进一步技术方案在于，在所述三相三电平矩阵式变换器中，可控开关管Sb13的集电极以及可控开关管Sa13的集电极均与电源网络的A输出端相连；可控开关管Sb23的集电极以及可控开关管Sa23的集电极均与电源网络的B输出端相连；可控开关管Sb33的集电极以及可控开关管Sa33的集电极均与电源网络的C输出端相连；可控开关管Sa11的发射极与可控开关管Sb14的发射极相连，可控开关管Sa21的发射极与可控开关管Sb24的发射极相连，可控开关管Sa31的发射极与可控开关管Sb34的发射极相连，可控开关管Sa11的集电极、可控开关管Sa21的集电极以及可控开关管Sa31的集电极相连作为三相三电平矩阵式变换器输出端的一个接线端；可控开关管Sa14的发射极与可控开关管Sb11的发射极相连，可控开关管Sa24的发射极与可控开关管Sb21的发射极相连，可控开关管Sa34的发射极与可控开关管Sb31的发射极相连，可控开关管Sb11的集电极、可控开关管Sb21的集电极以及可控开关管Sb31的集电极相连作为三相三电平矩阵式变换器输出端的另一个接线端；可控开关管Sa12的发射极与可控开关管Sb13的发射极相连，可控开关管Sa12的集电极与可控开关管Sb14的集电极相连；可控开关管Sa22的发射极与可控开关管Sb23的发射极相连，可控开关管Sa22的集电极与可控开关管Sb24的集电极相连；可控开关管Sa32的发射极与可控开关管Sb33的发射极相连，可控开关管Sa32的集电极与可控开关管Sb34的集电极相连；可控开关管Sa13的发射极与可控开关管Sb12的发射极相连，可控开关管Sb12的集电极与可控开关管Sa14的集电极相连；可控开关管Sa23的发射极与可控开关管Sb22的发射极相连，可控开关管Sb22的集电极与可控开关管Sa24的集电极相连；可控开关管Sa33的发射极与可控开关管Sb32的发射极相连，可控开关管Sb32的集电极与可控开关管Sa34的集电极相连；可控开关管Sb13的集电极与可控开关管Sa13的集电极相连；可控开关管Sb23的集电极与可控开关管Sa23的集电极相连；可控开关管Sb33的集电极与可控开关管Sa33的集电极相连；在用双向开关单元分别替代中点钳位二极管、中点钳位电容的三电平结构中，可控开关管Aa的发射极与可控开关管Ba的发射极相连，可控开关管Aa的集电极与三相三电平矩阵式变换器输出端的一个接线端相连；可控开关管Ab的发射极与可控开关管Bb的发射极相连，可控开关管Bb的集电极与三相三电平矩阵式变换器输出端的另一个接线端相连；可控开关管Sa1的集电极分别与可控开关管Sa12的集电极、可控开关管Sb14的集电极相连；可控开关管Sb1的集电极分别与可控开关管Sa22的集电极、可控开关管Sb24的集电极相连；可控开关管Sc1的集电极分别与可控开关管Sa32的集电极、可控开关管Sb34的集电极相连；可控开关管Sa4的集电极分别与可控开关管Sb12的集电极、可控开关管Sa14的集电极相连；可控开关管Sb4的集电极分别与可控开关管Sb22的集电极、可控开关管Sa24的集电极相连；可控开关管Sc4的集电极分别与可控开关管Sb32的集电极、可控开关管Sa34的集电极相连；可控开关管Sa1的发射极与可控开关管Sa2的发射极相连；可控开关管Sa3的发射极与可控开关管Sa4的发射极相连；可控开关管Sb1的发射极与可控开关管Sb2的发射极相连；可控开关管Sb3的发射极与可控开关管Sb4的发射极相连；可控开关管Sc1的发射极与可控开关管Sc2的发射极相连；可控开关管Sc3的发射极与可控开关管Sc4的发射极相连；可控开关管Sa2的集电极与可控开关管Sa3的集电极、可控开关管Sb2的集电极、可控开关管Sb3的集电极、可控开关管Sc2的集电极、可控开关管Sc3的集电极、可控开关管Ba的集电极、可控开关管Ab的集电极相连。进一步技术方案在于，在所述整流环节中，整流环节输入端的一个接线端分别与不控整流二极管S1的正极、不控整流二极管S2的负极相连，整流环节输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，包括电源网络和整流环节；其特征在于：还包括输入端与电源网络电连接，输出端与整流环节电连接的三相三电平矩阵式变换器；所述三相三电平矩阵式变换器的每一相包括四组双向开关单元，所述双向开关单元为共发射极反串联结构；所述三相三电平矩阵变换器还设置用双向开关单元分别替代中点钳位二极管、中点钳位电容的三电平结构。

【技术特征摘要】
1.三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，包括电源网络和整流环节；其特征在于：还包括输入端与电源网络电连接，输出端与整流环节电连接的三相三电平矩阵式变换器；所述三相三电平矩阵式变换器的每一相包括四组双向开关单元，所述双向开关单元为共发射极反串联结构；所述三相三电平矩阵变换器还设置用双向开关单元分别替代中点钳位二极管、中点钳位电容的三电平结构。2.根据权利要求1所述的三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，其特征在于：所述电源网络为三相电源，其在每一相的输出端依次串联线路阻抗、输入滤波电感后电连接三相三电平矩阵变换器。3.根据权利要求1所述的三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，其特征在于：所述整流环节采用桥式整流。4.根据权利要求1所述的三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，其特征在于：在三相三电平矩阵式变换器与整流环节之间串接高频变压器；所述高频变压器T原边与三相三电平矩阵式变换器输出端连接，T副边与整流环节输入端连接。5.根据权利要求1或2所述的三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，其特征在于：在所述电源网络中，三相电网电压ea的正极与线路阻抗R1相连；三相电网电压eb的正极与线路阻抗R2相连；三相电网电压ec的正极与线路阻抗R3相连；线路阻抗R1与网侧输入滤波电感L1的一端相连；线路阻抗R2与网侧输入滤波电感L2的一端相连；线路阻抗R3与网侧输入滤波电感L3的一端相连；三相电网电压ea、eb、ec的负极相连。6.根据权利要求1所述的三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，其特征在于：所述双向开关单元为两个可控开关管发射极相连。7.根据权利要求1或4所述的三相三电平高频链矩阵式整流器拓扑，其特征在于：在所述三相三电平矩阵式变换器中，可控开关管Sb13的集电极以及可控开关管Sa13的集电极均与电源网络的A输出端相连；可控开关管Sb23的集电极以及可控开关管Sa23的集电极均与电源网络的B输出端相连；可控开关管Sb33的集电极以及可控开关管Sa33的集电极均与电源网络的C输出端相连；可控开关管Sa11的发射极与可控开关管Sb14的发射极相连，可控开关管Sa21的发射极与可控开关管Sb24的发射极相连，可控开关管Sa31的发射极与可控开关管Sb34的发射极相连，可控开关管Sa11的集电极、可控开关管Sa21的集电极以及可控开关管Sa31的集电极相连作为三相三电平矩阵式变换器输出端的一个接线端；可控开关管Sa14的发射极与可控开关管Sb11的发射极相连，可控开关管Sa24的发射极与可控开关管Sb21的发射极相连，可控开关管Sa34的发射极与可控开关管Sb31的发射极相连，可控开关管Sb11的集电极、可控开关管Sb21的集电极以及可控开关管Sb31的集电极相连作为三相三电平矩阵式变换器输出端的另一个接线端；可控开关管Sa12的发射极与可控开关管Sb13的发射极相连，可控开关管Sa12的集电极与可控开关管Sb14的集电极相连；可控开关管Sa22的发射极与可控开关管Sb23的发射极相连，可控开关管Sa22的集电极与可控开关管Sb24的集电极相连；可控开关管Sa32的发射极与可控开关管Sb33的发射极相连，可控开关管Sa32的集电极与可控开关管Sb34的集电极相连；可控开关管Sa13的发射极与可控开关管Sb12的发射极相连，可控开关管Sb12的集电极与可控开关管Sa14的集电极相连；可控开关管Sa23的发射极与可控开关管Sb22的发射极相连，可控开关管Sb22的集电极与可控开关管Sa24的集电极相连；可控开关管S...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫朝阳，康鸣，宋雪微，卫炳昂，赵丁选，徐春博，刘爽，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13