N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)提供N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器。整流器包括N個交流輸入電源、N個交流電感、第一橋臂、第二橋臂和一個整流輸出端負載；所述第一橋臂和第二橋臂均由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成；第一橋臂和第二橋臂中的第i個開關(guān)組均由n個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，i的取值為1~N+1；第k個交流電源的兩端作為第k路輸入，其中k的取值為1~N，N>2。該整流器采用載波移相PWM控制，N個輸入交流電源變換成N路2n+1電平的交流輸入，整流疊加后給負載供電，且MMC功率開關(guān)單元中每個開關(guān)管承受的電壓應力僅為直流電源電壓的1/n，解決了開關(guān)管的均壓問題，適合多交流電源輸入、高壓和大功率場合的應用。（*該技術(shù)在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本技術(shù)提供N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器。整流器包括N個交流輸入電源、N個交流電感、第一橋臂、第二橋臂和一個整流輸出端負載；所述第一橋臂和第二橋臂均由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成；第一橋臂和第二橋臂中的第i個開關(guān)組均由n個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，i的取值為1~N+1；第k個交流電源的兩端作為第k路輸入，其中k的取值為1~N，N>2。該整流器采用載波移相PWM控制，N個輸入交流電源變換成N路2n+1電平的交流輸入，整流疊加后給負載供電，且MMC功率開關(guān)單元中每個開關(guān)管承受的電壓應力僅為直流電源電壓的1/n，解決了開關(guān)管的均壓問題，適合多交流電源輸入、高壓和大功率場合的應用。【專利說明】N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器
本技術(shù)涉及模塊組合多電平變換器(MMC)領(lǐng)域，具體涉及一種N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器。
技術(shù)介紹
目前功率整流器正向小型化、高可靠性和低損耗方向發(fā)展，在這種趨勢下出現(xiàn)兩種改進整流器的方向:減少無源器件或者改進整流器拓撲結(jié)構(gòu)以減少有源器件作為減少有源器件方向的新進展。單相2N+2開關(guān)整流器相對于傳統(tǒng)的4N開關(guān)整流器減少了 2N-2個開關(guān)及相應的驅(qū)動電路，在考慮成本與體積的應用中占有一定的優(yōu)勢。然而，2N+2開關(guān)整流器的N路單相輸入均轉(zhuǎn)換為兩電平，輸入交流波形比較差。此外，2N+2個開關(guān)中每個開關(guān)承受的電壓應力為直流母線電壓的一半，且存在2N+2個開關(guān)管的均壓問題，這極大的限制了單相2N+2開關(guān)整流器在高壓和大功率場合的應用。近年來，多電平變換技術(shù)得到不斷推廣，并已成功應用在諸如高壓直流輸電、電力傳動、有源濾波、靜止同步補償?shù)裙I(yè)領(lǐng)域，目前常見的電壓型多電平整流器拓撲大致可分為箱位型和單元級聯(lián)型兩大類。模塊組合多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)作為一種新型的多電平拓撲，除了具有傳統(tǒng)多電平整流器的優(yōu)點，模塊組合多電平整流器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于系統(tǒng)擴容和冗余工作；具有不平衡運行能力、故障穿越和恢復能力，系統(tǒng)可靠性高；由于具有公共直流母線，模塊組合多電平整流器尤其適用于高壓直流輸電系統(tǒng)應用。然而，當N條不同頻率的交流線路的相連時，需要2N個MMC整流器，這極大的增加了工程成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種無直流偏置的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器。本技術(shù)采用的技術(shù)方案如下。N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器包括N個交流輸入電源、N個交流電感、第一橋臂、第二橋臂和負載；所述第一橋臂由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個開關(guān)組由η個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個開關(guān)組由η個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，其中i的取值為I?N+1 ;第k個交流輸入電源的兩端作為第k路輸入，其中k的取值為I?N，Ν>2, η為正整數(shù)。上述的N輸入單相2Ν+2開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的兩個電感相互耦合，構(gòu)成一對稱合電感；第二橋臂的兩個電感相互稱合，構(gòu)成一對稱合電感。上述的N輸入單相2Ν+2開關(guān)組MMC整流器中，所述N輸入單相2Ν+2開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的第I個開關(guān)組的下端與第一橋臂中2個電感的第一電感的一端連接，第一橋臂的第一電感的另一端與第一橋臂的第2個開關(guān)組的上端連接；第一橋臂的第i個開關(guān)組的下端與第一橋臂的第i+Ι個開關(guān)組的上端連接，其中i的取值為2?N-1 ;第一橋臂的第N個開關(guān)組的下端與第一橋臂的第二電感的一端連接，第一橋臂的第二電感的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組的上端連接；第二橋臂的電路結(jié)構(gòu)與第一橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致；第k個交流輸入電源的一端與第一橋臂的第k+Ι個開關(guān)組的上端連接，第k個交流輸入電源的另一端與第k個交流電感的一端連接，第k個交流電感的另一端與第二橋臂的第k+Ι個開關(guān)組的上端連接，其中k的取值為I~N-1 ;第N個交流輸入電源的一端與第一橋臂的第N個開關(guān)組的下端連接，第N個交流輸入電源的另一端與第N個交流電感的一端連接，第N個交流電感的另一端與第二橋臂的第N個開關(guān)組的下端連接；第一橋臂的第I個開關(guān)組的上端與第二橋臂的第I個開關(guān)組的上端、負載的一端連接，負載的另一端與第一橋臂的第N個開關(guān)組的下端、第二橋臂的第N個開關(guān)組的下端、地端連接。上述的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器中，功率開關(guān)單元由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管和電容構(gòu)成。其中，電容的正極與第一開關(guān)管的集電極、第一二極管的陰極連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極與第一二極管的陽極、第二開關(guān)管的集電極、第二二極管的陰極連接，第二開關(guān)管的發(fā)射極與第二二極管的陽極、電容的負極連接；第二開關(guān)管的集電極作為第一輸出端，第二開關(guān)管的發(fā)射極作為第二輸出端。上述的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二輸出端與第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j+Ι個功率開關(guān)單元的第一輸出端連接，其中j取值為I~n-1，i取值為I~N+1 ;第二橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二輸出端與第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j+Ι個功率開關(guān)單元的第一輸出端連接。上述的N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器的控制方法中，采用載波移相PWM控制第一橋臂的每個開關(guān)組和第二橋臂的每個開關(guān)組的每個開關(guān)管的開通與關(guān)斷；第一橋臂的第i個開關(guān)組(Btli)的第j個功率開關(guān)單元(SMbciu)和第二橋臂的第i個開關(guān)組(Bli)的第j個功率開關(guān)單元(SMbiu)均采用相同三角波作為第j個載波Cp其中j的取值為I~η ;n個載波(C1X2'…、Cn)依次滯后相角360° /n ;第k個交流輸入電源(Usk)的第一橋臂的端(ak)采用第一橋臂的第k個正弦波Rsak疊加第k個直流偏置Rdtjk得到第一橋臂的第k個調(diào)制波RSak+Rd。,，其中k的取值為I~N ;第k個交流輸入電源Usk)的第二橋臂的端(bk)采用第二橋臂的第k個正弦波Rsbk疊加第k個直流偏置Rdtjk得到第二橋臂的第k個調(diào)制波Rsbk+Rdok;第一橋臂的第k個正弦波Rsak和第二橋臂的第k個正弦波Rsbk相位相差180°。上述控制方法中，第一橋臂的第k個調(diào)制波RSak+Rd()k與第j個載波Cj通過第k個比較器，當?shù)谝粯虮鄣牡趉個調(diào)制波RSak+Rd。,大于第j個載波Cj時，第k個比較器輸出高電平，當?shù)谝粯虮鄣牡趉個調(diào)制波RSak+Rd。,小于第j個載波Cj時，第k個比較器輸出低電平，其中k的取值為I~N ;第I個比較器的輸出作為第一橋臂的第I個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平；第k-Ι個比較器的輸出通過第k-Ι個非門，第k-1個非門的輸出與第k個比較器的輸出通過第k-Ι個異或門得到第一橋臂的第k個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平，其中k的取值為2~N ;第N個比較器的輸出通過第N個非門得到第一橋臂的第N+1個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平；第二橋臂的第k個調(diào)制波Rsbk+Rd()k與第j個載波&通過第N+k個比較器，當?shù)诙虮鄣牡趉個調(diào)制波Rsbk+Rd。,本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
N輸入單相2N+2開關(guān)組MMC整流器，其特征在于：包括N個交流輸入電源（uS1、uS2、…、uSN）、N個交流電感（LS1、LS2、…、LSN）、第一橋臂、第二橋臂和負載（R）；所述第一橋臂由N+1個開關(guān)組（B01、B02、…、B0(N+1)）和2個電感（L01、L02）串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個開關(guān)組（B11、B12、…、B1(N+1)）和2個電感（L11、L12）串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個開關(guān)組（B0i）由n個功率開關(guān)單元（SMB0i1、SMB0i2、…、SMB0in）串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個開關(guān)組（B1i）由n個功率開關(guān)單元（SMB1i1、SMB1i2、…、SMB1in）串聯(lián)而成，其中i的取值為1~N+1；第k個交流輸入電源（uSk）的兩端作為第k路輸入，其中k的取值為1~N，N>2，n為正整數(shù)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張波，付堅，丘東元，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學，
類型：新型
國別省市：廣東;44