专利名称：一种三相电压源变流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三相电压源变流器，属于电气自动化设备领域。
技术背景电压源变流器广泛应用于变频调速装置、静止同步补偿器等等。在高压应用时，一般都需要功率半导体器件串联来实现，或采用多电平变流器，如链式变流器。链式变流器的缺点是有多个独立的直流电源，使得其无法实现两台变流器的直流侧背靠背连接，或者应用于直流输电。
发明内容本实用新型的目的是提出一种三相电压源变流器，以克服现有技术之不足，实现高压应用，同时又可以实现两台变流器直流侧背靠背连接，而且可以实现三线或四线交流输入，解决高压应用时两台多电平电压源变流器的直流侧无法实现背靠背连接的问题。本实用新型提出的三相电压源变流器，包括第一组变流臂、第二组变流臂、第一组滤波电抗器、第二组滤波电抗器、第一直流滤波电容器、第二直流滤波电容器以及三台滤波电容器；第一组变流臂和第二组变流臂分别由三台变流臂组成，第一组滤波电抗器和第二组滤波电抗器分别由三台滤波电抗器组成；第一组三台变流臂的三个正极端连接到一起后再与第一直流滤波电容器的正极端连接到一起，作为所述的三相电压源变流器的直流正极端；第一组三台变流臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，第一组三台滤波电抗器的另一端分别作为所述的三相电压源变流器的三相交流相线端；第二组三台变流臂的三个负极端连接到一起后再与第二直流滤波电容器的负极端连接到一起，作为所述的三相电压源变流器的直流负极端；第二组三台变流臂的三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到所述的三相电压源变流器的三相交流相线端；第一直流滤波电容器的负极端和第二直流滤波电容器的正极端连接到一起作为所述的三相电压源变流器的交流零线端；三台滤波电容器的一端分别连接到所述的三相电压源变流器的三相交流相线端，三台滤波电容器的另一端都连接到所述的三相电压源变流器的三相交流零线端。上述三相电压源变流器中，所述的变流臂，包括多个变流模块，多个变流模块采用串联连接，形成一个正极端和一个负极端。上述三相电压源变流器中，所述的变流模块包括第一直流电容器、第二直流电容器、第一箝位二极管、第二箝位二极管、第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关、第四半导体开关、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管；所述的第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关和第四半导体开关的集电极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阴极相连接，所述的第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关和第四半导体开关的发射极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阳极相连接；所述的第一直流电容器的正极端与所述的第一半导体开关的集电极相连接；所述的第二电容器的负极端与所述的第四半导体开关的发射极相连接，作为变流模块的负极端；所述的第一直流电容器的负极端与第二直流电容器的正极端相连接后再连接到所述的第一箝位二极管的阳极和第二箝位二极管的阴极，第一箝位二极管的阴极连接到所述的第一半导体开关的发射极和第二半导体开关的集电极，第二箝位二极管的阳极连接到所述的第三半导体开关的发射极和第四半导体开关的集电极，第二半导体开关的发射极与第三半导体开关的集电极相连接后作为变流模块的正极端。本实用新型提出的三相电压源变流器的优点是可以实现多电平的高压变流应用，而且两台变流器的直流侧可以形成背靠背 连接，从而可以应用于柔性直流输电。
图I为本实用新型的三相电压源变流器的电路原理图。图2为三相电压源变流器中变流臂的电路原理图。图3为三相电压源变流器中变流模块的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型提出的三相电压源变流器，包括第一组变流臂、第二组变流臂、第一组滤波电抗器、第二组滤波电抗器、第一直流滤波电容器、第二直流滤波电容器以及三台滤波电容器；第一组变流臂和第二组变流臂分别由三台变流臂组成，第一组滤波电抗器和第二组滤波电抗器分别由三台滤波电抗器组成；第一组三台变流臂的三个正极端连接到一起后再与第一直流滤波电容器的正极端连接到一起，作为所述的三相电压源变流器的直流正极端；第一组三台变流臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，第一组三台滤波电抗器的另一端分别作为所述的三相电压源变流器的三相交流相线端；第二组三台变流臂的三个负极端连接到一起后再与第二直流滤波电容器的负极端连接到一起，作为所述的三相电压源变流器的直流负极端；第二组三台变流臂的三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到所述的三相电压源变流器的三相交流相线端；第一直流滤波电容器的负极端和第二直流滤波电容器的正极端连接到一起作为所述的三相电压源变流器的交流零线端；三台滤波电容器的一端分别连接到所述的三相电压源变流器的三相交流相线端，三台滤波电容器的另一端都连接到所述的三相电压源变流器的三相交流零线端。上述三相电压源变流器中，所述的变流臂，包括多个变流模块，多个变流模块采用串联连接，即一个变流模块的正极端连接到另一个变流模块的负极端，形成一个正极端和一个负极端。上述三相电压源变流器中，所述的变流模块包括第一直流电容器、第二直流电容器、第一箝位二极管、第二箝位二极管、第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关、第四半导体开关、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管；所述的第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关和第四半导体开关的集电极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阴极相连接，所述的第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关和第四半导体开关的发射极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阳极相连接；所述的第一直流电容器的正极端与所述的第一半导体开关的集电极相连接；所述的第二电容器的负极端与所述的第四半导体开关的发射极相连接，作为变流模块的负极端；所述的第一直流电容器的负极端与第二直流电容器的正极端相连接后再连接到所述的第一箝位二极管的阳极和第二箝位二极管的阴极，第一箝位二极管的阴极连接到所述的第一半导体开关的发射极和第二半导体开关的集电极，第二箝位二极管的阳极连接到所述的第三半导体开关的发射极和第四半 导体开关的集电极，第二半导体开关的发射极与第三半导体开关的集电极相连接后作为变流模块的正极端。图I所示为三相电压源变流器的电路原理图。图I中，三相电压源变流器包括两组六台变流臂(I)、两组六台滤波电抗器(2)、三台滤波电容器(3)及两台直流滤波电容器
(4)。包括六台变流臂(I)、六台滤波电抗器(2)、三台滤波电容器(3)及两台直流滤波电容器(4)。第一组三台变流臂的正极端连接到一起后再和第一台直流滤波电容器Cl的正极端连接到一起，作为三相电压源变流器的直流正极端DC+;第一组三台变流臂的负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器LA I、LBI、LCI的一端，LA I、LBI、LCI的另一端分别连接到一起，作为三相电压源变流器的三相交流相线端A、B、C。第二组三台变流臂的负极端连接到一起后再和第二台直流滤波电容器C2的负极端连接到一起，作为三相电压源变流器的直流负极端DC-;第二组三台变流臂的正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器LA2、LB2、LC2的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到三相电压源变流器的三相交流相线端A、B、C。两台直流电容器C1、C2的另一端连接到一起作为三相电压源变流器的交流零线端N。三台滤波电容器CA、CB、CC的一端分别连接到三相交流相线端A、B、C，三台滤波电容器的另一端都连接到三相交流零线端N。如图2所示，每个变流臂包括若干个变流模块(5)，所有变流模块采用串联连接(一个变流模块的正极端连接到另一个变流模块的负极端)，形成一个正极端“ + ”和一个负极端“_，，。如图3所示，每个变流模块包括两台直流电容器(6)C1/C2、两个箝位二极管(7)DCl / DC2、四个半导体开关(8) SI / S2 / S3 / S4和四个续流二极管(9)D1 / D2 / D3 /D4。SI / S2 / S3 / S4分别与Dl / D2 / D3 / D4形成反并联连接。Cl的正极端和SI的集电极相连接；C2的负极端和S4的发射极相连接，作为变流模块的负极端“_”;C1 / C2的另一端相连接并连接到DCl的阳极和DC2的阴极；DC1的阴极连接到SI的发射极和S2的集电极；DC2的阳极极连接到S3的发射极和S4的集电极；S2的发射极和S3的集电极相连接，作为变流模块的正极端“ + ”。本实用新型的三相电压源变流器可以应用于静止同步补偿器(STATC0M)、高压变频调速、柔性直流输电、统一潮流控制器(UPFC)，等等。本实用新型电路也可以变形为单相变流器应用，任何基于本实用新型电路所作的等效变换电路，均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种三相电压源变流器，其特征在于，该三相电压源变流器包括第一组变流臂、第二组变流臂、第一组滤波电抗器、第二组滤波电抗器、第一直流滤波电容器、第二直流滤波电容器以及三台滤波电容器；第一组变流臂和第二组变流臂分别由三台变流臂组成，第一组滤波电抗器和第二组滤波电抗器分别由三台滤波电抗器组成；第一组三台变流臂的三个正极端连接到一起后再与第一直流滤波电容器的正极端连接到一起，作为所述的三相电压源变流器的直流正极端；第一组三台变流臂的三个负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，第一组三台滤波电抗器的另一端分别作为所述的三相电压源变流器的三相交流相线端；第二组三台变流臂的三个负极端连接到一起后再与第二直流滤波电容器的负极端连接到一起，作为所述的三相电压源变流器的直流负极端；第二组三台变流臂的三个正极端分别连接到第二组三台滤波电抗器的一端，第二组三台滤波电抗器的另一端分别连接到所述的三相电压源变流器的三相交流相线端；第一直流滤波电容器的负极端和第二直流滤波电容器的正极端连接到一起作为所述的三相电压源变流器的交流零线端；三台滤波电容器的一端分别连接到所述的三相电压源变流器的三相交流相线端，三台滤波电容器的另一端都连接到所述的三相电压源变流器的三相交流零线端。
2.如权利要求I所述的三相电压源变流器，其特征在于，其中所述的变流臂，包括多个变流模块，多个变流模块采用串联连接形成一个正极端和一个负极端。
3.如权利要求2所述的三相电压源变流器，其特征在于，其中所述的变流模块包括第一直流电容器、第二直流电容器、第一箝位二极管、第二箝位二极管、第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关、第四半导体开关、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管；所述的第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关和第四半导体开关的集电极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阴极相连接，所述的第一半导体开关、第二半导体开关、第三半导体开关和第四半导体开关的发射极分别与所述的第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管和第四续流二极管的阳极相连接；所述的第一直流电容器的正极端与所述的第一半导体开关的集电极相连接；所述的第二电容器的负极端与所述的第四半导体开关的发射极相连接，作为变流模块的负极端；所述的第一直流电容器的负极端与第二直流电容器的正极端相连接后再连接到所述的第一箝位二极管的阳极和第二箝位二极管的阴极，第一箝位二极管的阴极连接到所述的第一半导体开关的发射极和第二半导体开关的集电极，第二箝位二极管的阳极连接到所述的第三半导体开关的发射极和第四半导体开关的集电极，第二半导体开关的发射极与第三半导体开关的集电极相连接后作为变流模块的正极端。
专利摘要本实用新型涉及一种三相电压源变流器，属于电气自动化设备领域。包括六台变流臂、六台滤波电抗器、三台滤波电容器及两台直流滤波电容器。三台变流臂的正极端连接到一起后与第一台直流滤波电容器的正极端连接到一起，作为变流器的直流正极端，其负极端分别连接到第一组三台滤波电抗器的一端，其另一端分别连接到一起，作为变流器的三相交流相线端。三台变流臂的负极端连接到一起后与第二台直流滤波电容器的负极端连接到一起，作为变流器的直流负极端，其正极端连接到三台滤波电抗器的一端，另一端连接到变流器的三相交流相线端。本实用新型的三相电压源变流器可以实现多电平的高压变流应用，且可以实现两台变流器的直流侧背靠背连接。
文档编号H02M7/217GK202772805SQ20122048349
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者刘文华, 宋强, 陈远华, 李建国, 刘文辉 申请人:清华大学