基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器，具有这样的特征，包括：主回路单元，包括六个电感器和九个桥臂模块；桥臂模块，由n个桥臂子模块连接而成；桥臂子模块，包括1个IGBT全桥结构和一个并联电容器；控制信号采集模块，包括电压传感器和电流传感器，电压传感器与桥臂子模块并联，用于采集桥臂子模块的实际电容电压值；桥臂控制模块，通过改变IGBT器件的栅极的施加电压，控制IGBT器件的通断，使桥臂子模块在正投入状态、负投入状态、切除状态和闭锁状态之间进行切换。总之，本基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器具有更高的可靠性和效率且大大降低了容错率。且大大降低了容错率。且大大降低了容错率。

【技术实现步骤摘要】
基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器


[0001]本专利技术涉及变换器，具体涉及一种基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器。

技术介绍

[0002]模块化多电平变换器具有：模块化设计结构可在大规模生产时可降低成本；子模块相互串联使变换器的电压等级和功率等级易于扩充；变换器多电平的输出形式降低了输出电压的谐波含量和总畸变率，从而可以减小甚至省去大容量的交流滤波器；桥臂子模块不需同时开通，降低了变换器桥臂电压和电流的变化率，使得功率开关器件承受的应力大大降低；保护电路简单易于实现等特点。进而使得模块化多电平变换器具有很强的扩展性和灵活性。
[0003]但模块化多电平变换器通过大量悬浮电容支撑输出电压，其低频运行时存在子模块电容电压波动剧烈的问题。模块化多电平矩阵变换器是在基于模块化多电平变换器的原理上，针对于电网输电和电机驱动等方面提出的一种直流/直流转换器的拓扑，模块化多电平矩阵变换器只需要改变子模块的数量，即可调节桥臂的功率来应对不同电压等级的工作环境。模块化多电平矩阵变换器在实现能量双向流动的同时，能够实现输入侧任意功率因数，以及输出侧的任意升压和降压比。
[0004]现有技术中对于模块化多电平矩阵变换器的容错控制方式为：在某桥臂发生故障时使相应桥臂退出工作，变换器退化转为运行在Hexverter状态，但会影响模块化多电平矩阵变换器的工作性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器。
[0006]本专利技术提供了一种基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器，具有这样的特征，包括：主回路单元，包括六个与输入电网的三相和输出电网的三相对应连接的电感器，和与六个电感器相互连接的九个桥臂模块；桥臂模块，由n个桥臂子模块连接而成，每个桥臂子模块的输出端和下一个桥臂子模块的输入端相连接；桥臂子模块，包括4个IGBT器件反并联4个二极管组成的全桥结构和一个并联电容器；控制信号采集模块，包括电压传感器和电流传感器，电压传感器与桥臂子模块并联，用于采集桥臂子模块的实际电容电压值作为反馈信号；桥臂控制模块，通过改变IGBT器件的栅极的施加电压，控制IGBT器件的通断，使桥臂子模块在正投入状态、负投入状态、切除状态和闭锁状态之间进行切换，当模块化多电平矩阵变换器工作时，桥臂控制模块根据输入电压和期望输出电压，控制桥臂模块中n
‑
1个桥臂子模块，切换为对应的工作状态，工作状态为正投入状态或负投入状态或闭锁状态，控制桥臂模块中剩余的1个桥臂子模块，切换为切除状态作为桥臂备用子模块，当某桥臂子模块的反馈信号与期望电容电压值的差值超过设定阈值β时，则该桥臂子模块发生
故障，桥臂控制模块控制该桥臂子模块切换为切除状态，控制与该桥臂子模块同一桥臂模块中的桥臂备用子模块切换为工作状态。
[0007]在本专利技术提供的基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器中，还可以具有这样的特征：其中，设定阈值β为当前实际电容电压值的5％～20％。
[0008]在本专利技术提供的基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器中，还可以具有这样的特征：其中，当桥臂子模块的全桥结构的左半桥的IGBT器件发生故障时，桥臂控制模块控制桥臂子模块的全桥结构的左半桥的IGBT器件断开，控制全桥结构的右半桥的IGBT器件导通，桥臂子模块转为切除状态，当桥臂子模块的全桥结构的右半桥的IGBT器件发生故障时，桥臂控制模块控制桥臂子模块的全桥结构的右半桥的IGBT器件断开，控制全桥结构的左半桥的IGBT器件导通，桥臂子模块转为切除状态。
[0009]在本专利技术提供的基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器中，还可以具有这样的特征：其中，桥臂控制模块根据最近电平逼近调制策略，通过电流传感器采集的电流数据判断最近电平逼近调制的工作状态，控制IGBT器件的通断，使同一桥臂模块的处于工作状态中的桥臂子模块的实际电容电压值保持高度一致。
[0010]在本专利技术提供的基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器中，还可以具有这样的特征：其中，当桥臂子模块的一种工作状态发生开路故障时，桥臂控制模块控制桥臂子模块切换为工作状态中的另外两种状态，通过改变最近电平逼近调制排序方式实现容错控制。其主要是根据桥臂子模块数量来得出排序模块和信号模块的比例，就可以通过增加或减少排序模块的数量来快速达到目的。
[0011]专利技术的作用与效果
[0012]根据本专利技术所涉及的基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器，因为根据桥臂子模块的实际电容电压和期望电容电压的差值，快速确认桥臂子模块是否发生故障，通过桥臂控制模块控制该桥臂子模块为切除状态，并将桥臂备用子模块转为对应的工作状态，所以，本专利技术的基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器具有更高的可靠性和效率且大大降低了容错率。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的实施例中一种基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器的组成框图；
[0014]图2是本专利技术的实施例中主回路单元的示意图；
[0015]图3是本专利技术的实施例中桥臂模块的结构示意图；
[0016]图4是本专利技术的实施例中桥臂子模块的结构示意图。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器作具体阐述。
[0018]图1是本专利技术的实施例中一种基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器的组成框图。
[0019]如图1所示，本实施例的一种基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换
器包括：主回路单元、控制信号采集模块、桥臂控制模块，主回路单元包括桥臂模块和电感器，桥臂模块包括桥臂子模块。
[0020]图2是本专利技术的实施例中主回路单元的示意图。
[0021]如图2所示，主回路单元，包括六个与输入电网的三相和输出电网的三相对应连接的电感器Ls1、Ls2、Ls3、Lr1、Lr2、Lr3，和与六个电感器相互连接的九个桥臂模块，等效于受控电压源Uau、Ubu、Ucu、Uav、Ubv、Ucv、Uaw、Ubw、Ucw。
[0022]本实施例中将交流电抗器Lb与各个桥臂模块串联，用于抑制各相桥臂直流电压瞬时值不完全相等而引起的相间环流，当发生短路故障时，交流电抗器Lb能够有效的抑制交流冲击电流，为IGBT有效封锁提供充足的时间，并提高系统的可靠性。
[0023]主回路单元中各组件、输入电网三相和输出电网三相的具体连接方式如下：
[0024]电感器Ls1的一端与a相相连，另一端分别与桥臂模块Uau、Uav和Uaw的一端相连，桥臂模块Uau、Uav和Uaw的另一端分别与对应的交流电抗器Lb的一端相连，电感器Ls2的一端与b相相连，另一端分别与桥臂模块Ubu、Ubv和Ubw的一端相连，桥臂模块Ubu、Ub本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于桥臂备用子模块改良的模块化多电平矩阵变换器，其特征在于，包括：主回路单元，包括六个与输入电网的三相和输出电网的三相对应连接的电感器，和与六个所述电感器相互连接的九个桥臂模块；所述桥臂模块，由n个桥臂子模块连接而成，每个所述桥臂子模块的输出端和下一个所述桥臂子模块的输入端相连接；所述桥臂子模块，包括4个IGBT器件反并联4个二极管组成的全桥结构和一个并联电容器；控制信号采集模块，包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器与所述桥臂子模块并联，用于采集所述桥臂子模块的实际电容电压值作为反馈信号；桥臂控制模块，通过改变所述IGBT器件的栅极的施加电压，控制所述IGBT器件的通断，使所述桥臂子模块在正投入状态、负投入状态、切除状态和闭锁状态之间进行切换。当模块化多电平矩阵变换器工作时，所述桥臂控制模块根据输入电压和期望输出电压，控制所述桥臂模块中n
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1个桥臂子模块，切换为对应的工作状态，所述工作状态为所述正投入状态或所述负投入状态或所述闭锁状态，控制所述桥臂模块中剩余的1个桥臂子模块，切换为切除状态作为桥臂备用子模块。当某桥臂子模块的所述反馈信号与期望电容电压值的差值超过设定阈值β时，则该桥臂子模块发生故障，所述桥臂控制模块控制该桥臂子模块切换为所述切除状态，控制与该桥臂子模块同一桥臂模块中的所述桥臂备用子模块切换为所述工作状态。2.根据权利要求1所述的基于桥臂备用子模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗韡，张鸿一，王璇，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：