本發(fā)明專利技術公開了一種無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，所述的變換器A、B、C三相為對稱的電路結構，主要包括功率單元一和功率單元二，所述功率單元一的主電路由兩個半橋式二極管鉗位型三電平變換器連接構成，所述功率單元二的主電路由三個半橋式二極管鉗位型三電平變換器連接構成。本發(fā)明專利技術主要用于高壓大功率場合，可在保留級聯(lián)多電平優(yōu)點的情況下實現(xiàn)能量雙向傳輸、提高變換器的功率密度，并方便地向更多電平進行擴展，滿足不同電壓等級需求。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種可實現(xiàn)能量雙向傳輸并易于模塊化擴展的新型多電平變換器，具體涉及一種無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器。
技術介紹
近年來發(fā)展的多電平變換器以其較好的電壓諧波特性、較低的電壓變化率、較低的開關損耗在大容量變頻領域應用廣闊。目前主流的多電平變換器拓撲有二極管箝位型、飛跨電容箝型以及級聯(lián)型三種。隨著電平數(shù)的增多，前兩者使用的器件急劇增加、控制方法復雜，所以在五電平及以上多使用級聯(lián)型結構。現(xiàn)有的級聯(lián)型多電平變換器為實現(xiàn)逆變側多電平的輸出，需要采用笨重的多抽頭移相變壓器獲得多組獨立直流電源，為實現(xiàn)能量的雙向傳輸，需要在整流測增加許多功率開關，這些都造成變換器成本的上升及故障率的增加。隨著電壓等級的提高，傳統(tǒng)級聯(lián)多電平變換器在以上兩處的缺陷愈專利技術顯。
技術實現(xiàn)思路
為克服現(xiàn)有多電平變換器技術上的問題，本專利技術提出一種無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器。本拓撲在功率單元器件只承受本單元直流側低壓的情況下，實現(xiàn)多電平的整流、逆變側輸出，且直接支持級聯(lián)多電平變換器的背靠背運行。本專利技術的技術方案如下: 一種無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，A、B、C三相為對稱的電路結構，主要包括功率單元一和功率單元二，所述功率單元一的主電路由兩個半橋式二極管鉗位型三電平變換器1、II構成，所述的功率單元二的主電路由三個半橋式二極管鉗位型三電平變換器II1、IV、V構成。所述的無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，所述的功率單元一包括半橋式二極管鉗位型三電平變換器1、II和電容Cl、C2，功率開關SI的集電極與功率開關S5的集電極、電容Cl的正極相連，作為節(jié)點N4 ；電容Cl的負極與電容C2的正極相連，作為節(jié)點N5 ;功率開關S4的發(fā)射極與功率開關S8的發(fā)射極、電容C2的負極相連，作為節(jié)點N6 ;節(jié)點N3、N5、N9依次連接，S6的發(fā)射極與S7的集電極相連，同時作為與外部連接的端子2。所述的無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，所述的功率單元二包括半橋式二極管鉗位型三電平變換器II1、IV、V和電容C3、C4，功率開關SlO的發(fā)射極與功率開關Sll的集電極相連，作為功率單兀二與外部連接的端子I ;功率開關S9的集電極與功率開關S13的集電極、電容C3的正極相連，作為節(jié)點N14 ；電容C3的負極與電容C4的正極相連，作為節(jié)點N14 ;功率開關S12的發(fā)射極與功率開關S19的發(fā)射極、電容C4的負極相連，作為節(jié)點N15 ；功率開關N16的集電極與功率開關S17的集電極相連，作為節(jié)點N16 ;功率開關S14的發(fā)射極與功率開關S15的集電極相連，作為功率單兀二與外部連接的端子2 ;功率開關S16的發(fā)射極與功率開關S20的發(fā)射極相連作為端子N19 ;功率開關S18的發(fā)射極與功率開關S19集電極相連，作為功率單元二與外部連接的端子3 ;節(jié)點N12、N14、N20、N23依次連接。所述的無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，所述的半橋式二極管鉗位型三電平變換器也可以為半橋式T型三電平變換器或半橋式飛跨電容鉗位型三電平變換器的一種，所述電容采用電解電容或薄膜電容，功率開關采用絕緣柵型雙極晶體管IGBT、集成門極換流晶閘管IGCT或金屬-氧化層半導體場效晶體管MOSFET等器件。本專利技術的有益效果: 本專利技術提供一種易于向更多電平擴展，且能實現(xiàn)能量雙向傳輸?shù)男滦蜔o變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器拓撲。本專利技術易于實現(xiàn)模塊化設計，易于提高變換器的功率密度，且能滿足不同電壓等級需求。【附圖說明】圖1為一種無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器拓撲圖； 圖2為功率單元一的結構圖； 圖3為功率單元二的結構圖。【具體實施方式】以下結合說明書附圖對本專利技術所述的一種無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器進行詳細說明。一種無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，A、B、C三相為對稱的電路結構，主要包括功率單元一和功率單元二，所述功率單元一的主電路由兩個半橋式二極管鉗位型三電平變換器1、II構成，所述的功率單元二的主電路由三個半橋式二極管鉗位型三電平變換器II1、IV、V構成；A、B、C三相的功率單元二的端子2連接在一起，功率單元二左側為整流側與多個功率單元一級聯(lián)，上述級聯(lián)的功率單元一之間的端子I和2相互連接，最外層的功率單元一的端子I與電網(wǎng)相連，最內(nèi)層的功率單元一的端子2與功率單元二整流側的端子I相連；功率單元二右側為逆變側與多個功率單元一級聯(lián)，上述級聯(lián)的功率單元一之間的端子I和2相互連接，最外層的功率單元一的端子I與負載相連，最內(nèi)層的功率單元一的端子2與功率單元二逆變側的端子3相連。所述的無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，所述半橋式二極管鉗位型三電平變換器1、I1、II1、IV、V具有相同的拓撲結構和節(jié)點，所述的半橋式二極管鉗位型三電平變換器I主電路包括功率開關S1、S2、S3、S4和二極管Dl、D2，功率開關SI的發(fā)射極與功率開關管S2的集電極相連，作為節(jié)點NI ;功率開關管S2的發(fā)射極與功率開關管S3的集電極相連，同時作為與外部連接的端子I ;功率開關管S3的發(fā)射極與功率開關管S4的集電極相連，作為節(jié)點N2 ;二極管Dl的陰極與節(jié)點NI連接，二極管Dl的陽極與二極管D2的陰極相連，同時作為節(jié)點N3 ;二極管D2的陽極與節(jié)點N2相連。所述的無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，所述的功率單元一包括半橋式二極管鉗位型三電平變換器1、II和電容Cl、C2，功率開關SI的集電極與功率開關S5的集電極、電容Cl的正極相連，作為節(jié)點N4 ；電容Cl的負極與電容C2的正極相連，作為節(jié)點N5 ;功率開關S4的發(fā)射極與功率開關S8的發(fā)射極、電容C2的負極相連，作為節(jié)點N6 ;節(jié)點N3、N5、N9依次連接，S6的發(fā)射極與S7的集電極相連，同時作為與外部連接的端子2。所述的無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，所述的功率單元二包括半橋式二極管鉗位型三電平變換器II1、IV、V和電容C3、C4，功率開關SlO的發(fā)射極與功率開關Sll的集電極相連，作為功率單兀二與外部連接的端子I ;功率開關S9的集電極與功率開關S13的集電極、電容C3的正極相連，作為節(jié)點N14 ；電容C3的負極與電容C4的正極相連，作為節(jié)點N14 ;功率開關S12的發(fā)射極與功率開關S19的發(fā)射極、電容C4的負極相連，作為節(jié)點N15 ；功率開關N16的集電極與功率開關S17的集電極相連，作為節(jié)點N16 ;功率開關S14的發(fā)射極與功率開關S15的集電極相連，作為功率單兀二與外部連接的端子2 ;功率開關S16的發(fā)射極與功率開關S20的發(fā)射極相連作為端子N19 ;功率開關S18的發(fā)射極與功率開關S19集電極相連，作為功率單元二與外部連接的端子3 ;節(jié)點N12、N14、N20、N23依次連接。該多電平變換器的工作原理為: 首先選定整流側或者逆變側作為優(yōu)先控制側，然后以另一側作為配合控制側進行控制。由于兩種選擇方式成對稱關系，所以下面以整流側作為優(yōu)先控制側進行闡述。當以整流側作為優(yōu)先控制側進行控制時，任一功率單元一中功率開關S1、S2、S7、S8導通，S3、S4、S5、S6關斷時，該功率單元輸出電壓為Vdc (Vdc為直流母線電壓值，且Vdc=Vdc 1+Vdc2，Vdcl為電容Cl端電壓，Vdc2為電容C2端電壓);當功率開關S1、S2、S7、S8關斷，S3、S4本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種無變壓器交直交級聯(lián)多電平變換器，A、B、C三相為對稱的電路結構，主要包括功率單元一和功率單元二，其特征為：所述功率單元一的主電路由兩個半橋式二極管鉗位型三電平變換器I、II連接構成，所述的功率單元二的主電路由三個半橋式二極管鉗位型三電平變換器III、IV、V連接構成。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：葉宗彬，王志川，吳遠，吳翔，王曉杰，楊飛，陳好，陳冬，張遠征，姜林林，肖柱，張志國，
申請(專利權)人：中國礦業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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