M制造技术

本发明专利技术公开了M

【技术实现步骤摘要】
M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构


[0001]本专利技术属于电能变换电路
，具体涉及M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构。

技术介绍

[0002]随着电能变换技术的不断发展，高压大容量交流
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交流变换(AC
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AC)电力电子变换器在新能源并网发电、高压交流输电、大功率变频调速传动等研究领域得到广泛应用。此外，异步并网、低频交流输电、远距离电力网络互连等场合也对能源转换装备的电压等级和功率容量等方面提出了更高的要求，亟待大容量高电压等级AC
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AC电力电子变换器的进一步发展。
[0003]目前，基于传统两电平电压源型变换器(Voltage Source Converter,VSC)的背靠背结构以及直接式AC
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AC矩阵变换器(Matrix converter,MC)是实现交流
‑
交流变换的常用选择。然而，随着电压以及功率等级的提升，以上2种变换器受到半导体器件电压应力大、电平阶跃幅值大、功率密度低以及谐波含量高等缺点的制约。在这一方面，模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)通过级联式结构，可将低耐压水平的半导体器件应用于中/高压应用场合，表现出输入/输出电压谐波含量较低、无需交流滤波电感、易于模块化、可靠性高等显著优点。但MMC在进行交流
‑
交流变换时，需要采用背靠背式结构，即引入直流母线及庞大的直流侧电容，这大大降低了电能变换系统的功率密度及可靠性，限制了其在AC
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AC场合的推广应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，调节变换器中子模块的数量，能够适用于不同电压等级的功率变换，不会因功率器件的电压等级而受到限制，因此本专利技术在低压场合或者高压大功率场合均可应用，并且无电容储能元件。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，包括M个输入端口、N个子变换器、N个输出端口，其中M≥3，N≥3，M个输入端口连接同时连接每个子变换器，每个子变换器连接一个输出端口。
[0006]本专利技术的特点还在于：
[0007]每个子变换器包括M个桥臂支路，每个桥臂支路分别连接一个输入端口和一个输出端口。
[0008]每个桥臂支路包括一个桥臂电感，每个桥臂电感一端连接输入端口，另一端依次串联K个子模块，末端子模块连接一个输出端口。
[0009]子模块为全桥子模块、双半桥子模块、钳位双子模块中的一种。
[0010]子模块为全桥子模块时，包括一个H全桥和一个直流电容，H全桥与直流电容并联。
[0011]H全桥包括4个场效应管，每个场效应管反并联二极管，两个场效应管串联形成一个桥臂，两个桥臂并联且与直流电容并联，将每个桥臂的中部引出端口，用于连接其他子模
块或输入端口或输出端口。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]1)本专利技术M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，通过调整每个桥臂支路串联模块的数目来达到不同的电压等级，利用低耐压水平的半导体器件实现高压大功率直接交流
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变流变换，减少了直流环节，降低了成本和控制的复杂度，提高了变换装置的功率密度，还具有能量双向流动、输出电平数高、功率因数可控、便于冗余设计、可靠性高、动态响应快、谐波含量低、无需额外无功补偿及滤波装置的优点。
[0014]2)本专利技术M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，满足大规模分布式电源柔性接入电网、区域电力网络柔性互连、低频输电、高压交流输电、大功率变频调速传动等场景对先进电力电子变换器的要求，实现任意功率因数、频率、幅值、相位的输入和输出。
[0015]3)本专利技术M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，具有完全模块化、易于集成和扩展的特点，拓扑形式灵活多变，变换器的输入以及输出均可根据实际需求构建为多相，在多相电力系统中拥有广阔的应用前景。
附图说明
[0016]图1为本专利技术M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构示意图；
[0017]图2为本专利技术M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构子变换器的桥臂支路及其子模块的结构图；
[0018]图3为采用3
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4型模块化多电平矩阵变换器所应用的海上风电低频输电系统的示意图；
[0019]图4为本专利技术的一种用于海上风电低频输电系统的3
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4型模块化多电平矩阵变换器的拓扑结构示意图；
[0020]图5为本专利技术3
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4型模块化多电平交交变换器拓扑结构中子变换器的桥臂支路及其子模块的结构图；
[0021]图中，1.输入端口，2.输出端口，3.子变换器。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0023]本专利技术M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，如图1所示，包括M个输入端口、N个子变换器3、N个输出端口2，其中M≥3，N≥3，M个输入端口连接同时连接每个子变换器，每个子变换器连接一个输出端口，M
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N型模块化多电平交交变换器可以实现多相交流到交流的直接变换，它的输入端口有M个，输出端口有N个(M≥3，N≥3)。并且由于可以调节变换器中子模块的数量，因此可以适用于不同电压等级的功率变换，不会因功率器件的电压等级而受到限制。这和其他实现交流到交流变换的变换器相比，具有很大优势，既可以应用于低压场合，也可以应用于高压大功率场合，并且无电容储能元件；结构非常灵活，M和N可以根据应用场景的需求进行灵活选择。
[0024]每个子变换器包括M个桥臂支路，M≥3，每个桥臂支路分别连接一个输入端口和一个输出端口2；本专利技术中M个输入端口就要对应M个桥臂支路，即每个桥臂都要连接一个输入端口和一个输出端口，进而构成能量的流通路径，否则不能工作。
[0025]每个桥臂支路包括一个桥臂电感，每个桥臂电感一端连接输入端口，另一端依次串联K个子模块，末端子模块连接一个输出端口2，其中桥臂电感串联K个子模块具有防止桥臂支路短路的作用，并且能够抑制在各相桥臂支路功率或子模块电容电压瞬时值不完全一致时产生的环流，还可以在系统发生故障时抑制冲击电流，增强系统运行的稳定性。
[0026]子模块为全桥子模块、双半桥子模块、钳位双子模块中的一种。
[0027]子模块为全桥子模块时，包括一个H全桥和一个直流电容，H全桥与直流电容并联；全桥子模块相对于其他可用的子模块拓扑结构，它的结构简单，元件数量最少，能够保证本变换器正常工作的最简单的结构形式。
[0028]H全桥包括4个场效应管，为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，其特征在于，包括M个输入端口(1)、N个子变换器(3)、N个输出端口(2)，其中M≥3，N≥3，M个输入端口(1)连接同时连接每个子变换器，每个所述子变换器连接一个输出端口。2.根据权利要求1所述M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，其特征在于，每个所述子变换器包括M个桥臂支路，每个所述桥臂支路分别连接一个输入端口(1)和一个输出端口(2)。3.根据权利要求2所述M
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N型模块化多电平交交变换器拓扑结构，其特征在于，每个所述桥臂支路包括一个桥臂电感，每个所述桥臂电感一端连接输入端口(1)，另一端依次串联K个子模块，末端所述子模块连接一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，蔡国伟，姜宇，裴忠晨，郭东波，朱帝，王菁月，朱炳达，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：