一种多电平混合钳位型逆变器制造技术

本发明专利技术涉及逆变器拓扑，尤其是涉及一种多电平混合钳位型逆变器，基于4L

【技术实现步骤摘要】
一种多电平混合钳位型逆变器


[0001]本专利技术涉及逆变器拓扑，尤其是涉及一种多电平混合钳位型逆变器。

技术介绍

[0002]多电平逆变器，作为高效节能电力电子变换技术中的一个重要环节，相较于传统的两电平逆变器，具有更低的开关损耗、更少的输出电压谐波含量等优点，因而被广泛应用于工业电源、新能源发电、轨道交通和大型舰船等中压大功率场合。针对中压大功率场合，四电平逆变器具有如下四个优点：
[0003](1)与三电平逆变器相比，四电平逆变器可选择更低电压等级的功率器件；
[0004](2)与五电平逆变器相比，四电平逆变器拓扑更加简单，所需功率器件数量更少；
[0005](3)四电平逆变器的电容电压平衡控制难度，高于三电平逆变器，而低于含三个中性点的五电平逆变器。
[0006]因而，相较于三电平逆变器和五电平逆变器，四电平逆变器在器件数量、器件应力和电压平衡控制等方面取得了良好平衡，在中压大功率场合具有显著性能优势和重要应用价值。
[0007]在交流线电压3.3kV、4.16kV和6.6kV的中压变频器领域，目前主要以含器件串联的三电平逆变器和五电平逆变器为主，尽管阿尔斯通公司基于图1中的四电平飞跨电容(4L
‑
FC)逆变器拓扑实现了4.16kV中压变频器，但是4L
‑
FC逆变器中的飞跨电容，尤其是靠近直流侧的高压飞跨电容，不可避免地增加了系统体积和成本，无法满足人们对高功率密度和高可靠性等性能指标的持续追求。
[0008]2014年，加拿大瑞尔森大学的Mehdi Narimani博士(现为加拿大麦克马斯特大学副教授)和加拿大罗克韦尔公司联合提出了如图2所示的4L
‑
NNPC逆变器拓扑，并基于冗余开关状态选择方法平衡每相电路中的飞跨电容电压，使得靠近直流侧飞跨电容电压应力大的问题。这个优势使得4L
‑
NNPC逆变器拓扑受到了学术界的极大关注，并陆续有与之相关的电压平衡控制、低频电压波动抑制和死区电压尖峰消除等研究报道。然而，4L
‑
NNPC逆变器存在一个问题，即在电压平衡调制策略作用下，部分开关管和二极管的电压应力增加，丧失了其原本宣称的器件电压应力小的优势，具体原因分析如下：如图3所示，以A相电路为例，当开关管S
a4
、S
a5
、S
a6
导通时，二极管D
a1
关断，开关管S
a2
无法被钳位在电压U
fa1
，即无法被钳位在1/3U
dc
，致使开关管S
a2
、S
a3
直接串联并承受U
fa1
、U
fa2
之和2/3U
dc
，由于S
a2
、S
a3
不是同时导通与同时关断，所以S
a2
、S
a3
存在开关管直接串联的问题，二者之间无法实现电压应力自动均衡，进而影响二极管D
a1
的电压应力均衡；同理，S
a4
、S
a5
和D
a2
的电压应力分布严重不均衡。因此，现有的4L
‑
NNPC逆变器存在的器件电压应力分布不均衡问题，使得该电路拓扑不具有实际应用价值。

技术实现思路

[0009]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0010]一种多电平混合钳位型逆变器，基于4L
‑
NNPC逆变器，包括由S
x1
至S
x6
组成的冗余开关组件以及二极管D
x1
和D
x2
，其特征在于，将两个控制二极管D
x1
和D
x2
更换为开关组件，其中x为a、b、c三相。
[0011]在上述的一种多电平混合钳位型逆变器，开关组件为S
x7
和S
x8
，采用开关管。
[0012]在上述的一种多电平混合钳位型逆变器，开关组件为S
x7
和S
x8
，且S
x1
、S
x2
、S
x3
、S
x4
、S
x7
、S
x8
工作在开关频率，采用宽禁带器件，S
x3
、S
x4
工作在基波频率，为IGBT器件。
[0013]在上述的一种多电平混合钳位型逆变器，开关组件为S
x7
和S
x8
，且S
x2
、S
x5
、S
x7
、S
x8
工作在基波频率，采用IGBT器件，S
x1
、S
x3
、S
x4
、S
x6
工作在开关频率，选用宽禁带器件。
[0014]在上述的一种多电平混合钳位型逆变器，开关组件为S
x7
和S
x8
，且S
x3
、S
x4
、S
x7
、S
x8
工作在软开关状态，采用IGBT器件，S
x1
、S
x2
、S
x5
、S
x6
工作在硬开关状态，选用宽禁带器件。
[0015]在上述的一种多电平混合钳位型逆变器，开关组件为S
x7
和S
x8
，开关管S
x9
至开关管S
x12
以及电容C
fa1
组成H型结构后与开关管S
x3
和开关管S
x4
；所有开关管工作在开关频率且都采用IGBT器件或都采用宽禁带器件。
[0016]因此，本专利技术具有如下优点：
[0017]1.本专利技术公布了四电平混合钳位型逆变器拓扑和基于“IGBT+宽禁带器件”的四电平混合钳位型逆变器拓扑。IGBT器件和宽禁带器件相结合，有利于进一步降低四电平混合钳位型逆变器拓扑的成本。
附图说明
[0018]图1为现有的4L
‑
FC逆变器拓扑；
[0019]图2为现有的4L
‑
NNPC逆变器拓扑：
[0020]图3为本专利技术提出的四电平混合钳位型逆变器拓扑；
[0021]图4为本专利技术提出的基于“IGBT+宽禁带器件”的四电平混合钳位型逆变器拓扑I；
[0022]图5为本专利技术提出的基于“IGBT+宽禁带器件”的四电平混合钳位型逆变器拓扑II；
[0023]图6为本专利技术提出的基于“IGBT+宽禁带器件”的四电平混合钳位型逆变器拓扑III；
具体实施方式
[0024]下面通过实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电平混合钳位型逆变器，基于4L
‑
NNPC逆变器，包括由S
x1
至S
x6
组成的冗余开关组件以及二极管D
x1
和D
x2
，其特征在于，将两个控制二极管D
x1
和D
x2
更换为开关组件，其中x为a、b、c三相。2.根据权利要求1所述的一种多电平混合钳位型逆变器，其特征在于，开关组件为S
x7
和S
x8
，采用开关管。3.根据权利要求1所述的一种多电平混合钳位型逆变器，其特征在于，开关组件为S
x7
和S
x8
，且S
x1
、S
x2
、S
x3
、S
x4
、S
x7
、S
x8
工作在开关频率，采用宽禁带器件，S
x3
、S
x4
工作在基波频...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑飞，何怡刚，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：