一种电压源型多电平变换器拓扑结构及其控制方法技术

本发明专利技术涉及电力电子电能变换技术领域，提供了一种电压源型多电平变换器拓扑结构及其控制方法，包括两组半桥电路、两组飞跨电容和多个开关；每组半桥电路均有两个直流连接端，且两组半桥电路的输出均通过一个开关连接串联的两组飞跨电容；两组飞跨电容连接的中点经两个反向串联的开关连接到交流端，且串联的两组飞跨电容的整体的正极和负极分别经开关连接到交流端。结构简洁，控制简单，并具有开关电压应力低，输出谐波小等优点。输出谐波小等优点。输出谐波小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电压源型多电平变换器拓扑结构及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子电能变换
，特别涉及一种电压源型多电平变换器拓扑结构及其控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]电力电子变流器可以实现功率的灵活转换，实现电压、电流、功率的主动控制，因而得到广泛应用。由于多电平拓扑可以通过拓扑结构的设计降低内部功率半导体器件的耐压要求，同时具有输出谐波少、电压变化率低，共模电压低等优点，广泛应用于中高压大功率变流器。
[0004]然而，输出电平数量多的多电平变流器拓扑结构往往具有复杂的结构。以级联式多电平拓扑或模块化多电平拓扑为代表的具有模块化特性的拓扑结构，往往因为依赖变压器、电容等被动元器件导致成本较高、体积较大。而实用化的非模块化的拓扑结构普遍存在：简洁的拓扑输出电平数较低，以三、五电平为主，如三电平中点钳位型拓扑、五电平有源中点钳位型拓扑；结构简洁、输出电平数量较多的拓扑往往运行范围较窄，难以宽功率因数、宽调制深度运行，如混合型七电平拓扑。
[0005]因此，当前拓扑普遍难以良好兼顾输出电平数量、结构简洁度、以及运行范围。亟需提出具有五个以上电平数量、结构简洁且运行范围大的拓扑结构。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种电压源型多电平变换器拓扑结构及其控制方法，结构简洁，控制简单，且可以广泛应用于中低压交直变换应用场合。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种电压源型多电平变换器拓扑结构。
[0009]一种电压源型多电平变换器拓扑结构，包括两组半桥电路、两组飞跨电容和多个开关；
[0010]每组半桥电路均有两个直流连接端，且两组半桥电路的输出均通过一个开关连接串联的两组飞跨电容；
[0011]两组飞跨电容连接的中点经两个反向串联的开关连接到交流端，且串联的两组飞跨电容的整体的正极和负极分别经开关连接到交流端。
[0012]进一步地，所述交流端不级联全桥逆变单元。
[0013]进一步地，所述交流端级联一个或多个全桥逆变单元。
[0014]进一步地，若所述交流端级联n个全桥逆变单元，则产生(6*2
n
+1)个电平。
[0015]进一步地，所述直流连接端连接单个直流电源和三分裂直流电容。
[0016]进一步地，四个直流连接端连接三个直流链电容，并将直流链电容整体串联后连接直流电源。
[0017]进一步地，所述直流连接端连接多个直流电源。
[0018]本专利技术第二方面提供了一种电压源型多电平变换器，采用如第一方面所述的一种电压源型多电平变换器拓扑结构作为一相桥臂。
[0019]进一步地，不同的桥臂共享直流侧。
[0020]本专利技术第二方面提供了如第一方面所述一种电压源型多电平变换器拓扑结构的控制方法，包括如下步骤：
[0021]驱动各个开关执行各自的开关状态，产生从直流端到交流端不同的流通路径，使交流端的电压呈现不同的电平。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1、本专利技术所述的一种电压源型多电平变换器拓扑结构，其每相桥臂由开关管和飞跨电容组成；其直流侧具有四个连接端，可以连接三个直流链电容，并将直流链电容整体串联后连接直流电源；也可以连接独立的三个直流电源；根据应用需要可以以半桥、全桥、三相桥、甚至更多桥臂构成单相、三相、多相交
‑
直变换器；所以该变换器结构简洁，控制简单，并具有多电平变流器固有的开关电压应力低，输出谐波小等优点。
[0024]2、本专利技术所述的一种电压源型多电平变换器拓扑结构，其可以广泛应用于中低压交直变换应用场合。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1为本专利技术实施例1的电压源型多电平变换器拓扑结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例1的使用单个直流电源和三分裂直流电容的多电平拓扑结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例1的使用三个直流电源多电平拓扑结构示意图；
[0029]图4(a)为本专利技术实施例1的多电平拓扑结构扩展更多电平数的结构示意图；
[0030]图4(b)为本专利技术实施例1的多电平拓扑结构扩展模块的结构图；
[0031]图5(a)为本专利技术实施例1的多电平拓扑构造单相H桥的结构示意图；
[0032]图5(b)为本专利技术实施例1的多电平拓扑构造三相变流器的结构示意图；
[0033]图5(c)为本专利技术实施例1的多电平拓扑构造n相变流器的结构示意图；
[0034]图6为本专利技术实施例3的典型输出波形与预期输出示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0036]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0037]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0038]在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。
[0039]本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。
[0040]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0041]实施例1
[0042]本专利技术实施例1提供了一种电压源型多电平变换器拓扑结构。
[0043]本实施例提供的一种电压源型多电平变换器拓扑结构，可以广泛应用于中、低压交
‑
直变换应用场合。
[0044]本实施例提供的一种电压源型多电平变换器拓扑结构，每相桥臂由开关管和飞跨电容组成。其直流侧具有四个连接端，可以连接三个直流链电容，并将直流链电容整体串联后连接直流电源；也可以连接独立的三个直流电源。根据应用需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电压源型多电平变换器拓扑结构，其特征在于：包括两组半桥电路、两组飞跨电容和多个开关；每组半桥电路均有两个直流连接端，且两组半桥电路的输出均通过一个开关连接串联的两组飞跨电容；两组飞跨电容连接的中点经两个反向串联的开关连接到交流端，且串联的两组飞跨电容的整体的正极和负极分别经开关连接到交流端。2.如权利要求1所述的一种电压源型多电平变换器拓扑结构，其特征在于：所述交流端不级联全桥逆变单元。3.如权利要求1所述的一种电压源型多电平变换器拓扑结构，其特征在于：所述交流端级联一个或多个全桥逆变单元。4.如权利要求3所述的一种电压源型多电平变换器拓扑结构，其特征在于：若所述交流端级联n个全桥逆变单元，则产生(6*2
n
+1)个电平。5.如权利要求1所述的一种电压源型多电平变换器拓扑结构，其特征在于：所述直流连接端...

【专利技术属性】
技术研发人员：田昊，高峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：