元分为左半部分和右半部分两部分。为便于描述，所有功率单元由上至下、由左至右命名为左侧第I单元、……、左侧第N个单元、右侧第I单元、……、右侧第N个单元。
[0033]每相阀体的左侧第N单元的直流电容负极与右侧第N单元的逆变桥臂中点输出相连；右侧第N单元的电容正极经一个二极管与左侧第N单元的电容正极相连，该二极管阳极接右侧第N单元电容正极，二极管阴极与左侧第N单元电容正极相连。阀体这两部分下端连接后经一个电感(图1中A相阀体的L6)连接到直流母线的负极。
[0034]在每相阀体的左半部分中，每个功率单元交流输出侧串联，即单元的电容负极与桥臂中点为该单元的交流输出端，桥臂中点连接上一单元的电容负极，本单元的电容负极连接下一单元的桥臂中点。如图1所示，A相阀体左侧第2单元桥臂开关Sau与S &4的中点连接左侧第一单元电容Cau的负极，左侧第2单元电容Cm的负极连接左侧第3单元桥臂开关Saw与Sau5的连接点；同时本单元的电容正极连接上一个单元的二极管的阳极，如左侧第2单元电容C^2的正极连接左侧第I单元二极管D心的阳极，D AU的阴极连接左侧第I单元电容Cau的正极，N个单元依次串联，如图1所示构成阀体的左侧部分。在阀体左侧部分的顶端即左侧第I单元的桥臂中点经电感1^连接到直流母线的正极，左侧第I单元电容负极经电感L3连接至右侧第I单元的桥臂中点。
[0035]在每相阀体右半部分中，每个功率单元电容的正极连接上一单元桥臂的中点，如右侧第2单元电容Cak2的正极连接右侧第I单元桥臂开关S AK1与S AK2的连接点，右侧第2单元桥臂开关Sak3与S AK4的连接点连接下一单元电容Cak3的正极；同时本单元电容的负极连接一个二极管的阳极，二极管的阴极连接上一单元电容的负极，如图1中，右侧第2单元电容Cak2的负极连接二极管Dak2的阳极，Dak2的阴极连接第一单元电容Caki的负极，N个单元依次串联，如图1所示构成阀体的右侧部分。在阀体右侧部分的顶端即右侧第I单元桥臂开关Saki与Sak2的连接点经电感L3连接左侧第I单元的电容Cau的负极，右侧第I单元的电容Caki正极经电感L 2连接直流母线的正极。
[0036]在每相阀体的左右部分的中间单元，如A相阀体中左侧第3单元电容Cau负极和左侧第4单元开关Saw与S咖的连接点经电感L 4输出，A相阀体中右侧第3单元电容开关Sak5与S AK6的连接点和右侧第4单元C AK4正极经电感L 5输出，电感L 4与L 5的输出端连接在一起，构成A相阀体的交流A相输出端。
[0037]三相阀体结构完全相同，图1中只给出了 A相阀体的具体结构，B相阀体与C相阀体结构与A相完全相同。
[0038]每相阀体两端分别连接到直流母线的正负极上，三相阀体并联，直流母线中母线电容Cdp的正极连接直流母线正极，C dP的负极连接另一电容C ^的正极，并且作为零电位点，电容cdN的负极连接直流母线的负极。
[0039]在该三相有直流母线电容自均压多电平变换器电路中，每个功率开关工作在脉宽调制状态下，功率开关的调制方法可以采用通用调制方法，如载波移相法调制，载波层叠法调制，空间电压矢量法调制等等均可，只需要保证每相阀体每个单元上、下两开关驱动信号互补，阀体中左右两部分的调制过程对称，即左右侧第一单元:SAU与Sak2驱动脉冲来自同一信号，3；^2与S AK1驱动脉冲来自同一信号，左右侧第二单元:SAU与Sak4驱动脉冲来自同一信号，Sam与S AK3驱动脉冲来自同一信号，以此类推。
[0040]本发明提供的三相有直流母线电容自均压多电平变换器电路，在实际应用中，可以单独经交流端口连接到电网当中，用于电网的无功补偿、谐波抑制等方面；也可以与二极管整流电路构成整流逆变形式，如图2所示，用于电机驱动等方面；通过组合，本电路也可以用于如图3所示的背靠背结构，用于高压直流输电、四象限变换器等场合。
[0041]综上所述，本发明提供的三相交直流变换器电路在使用时，通过每个单元的开关的变化产生相邻单元中直流侧电容出现并联状态，从而实现均压功能，另外，本发明利用阀体左右两侧准对称结构，通过独特的公共连接方式实现均压环路，使得各单元电容在电路运行过程中保持电压均衡，并且具有公共直流母线，有利于三相中负序分量的处理，这些是本发明的最大特点。该多电平变换器电路结构简单、模块化强、调制和控制方便，有良好的应用前景。
[0042]以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种有直流母线的电容自均压三相多电平变换器电路，其特征在于:公共直流母线、电容和三相电容自均压多电平逆变电路；三相电容自均压多电平逆变电路与公共直流母线直接相连，公共直流母线的正负极间通过电容相连；所述三相电容自均压多电平逆变电路由三相电容自均压阀体组成，三相电容自均压阀体并联后与公共直流母线相连。
2.根据权利要求1所述的一种有直流母线的电容自均压三相多电平变换器电路，其特征在于:所述电容为I个电容或2个以上电容相串联构成的电容组，电容正极连接公共直流母线正极，电容负极连接公共直流母线负极。
3.根据权利要求1所述的一种有直流母线的电容自均压三相多电平变换器电路，其特征在于:所述三相电容自均压阀体，包括三个结构相同的电容自均压阀体，每个阀体由6个连接电感，一个中间二极管和左右两组准对称串联功率单元结构组成； 所述左右两组准对称串联功率单元结构中每组结构包含N个功率单元，N为大于零的偶数； 每个功率单元含有两个上下串联的功率开关(桥臂)、一个电容、与一个二极管；桥臂两端与电容两端并联构成半桥电路； 在左组结构中，电容正极连接二极管阴极，二极管阳极、桥臂中点、电容负极与电容正极是功率单元的连接端口 ；桥臂中点连接上一级功率单元的电容负极；电容负极连接下一级功率单元的桥臂中点；电容正极连接上一级功率单元的二极管的阳极，二极管的阳极连接下一级功率单元的电容正极； 在右组结构中，电容负极连接二极管阳极，二极管阴极、桥臂中点、电容负极与电容正极是功率单元的连接端口 ；电容正极连接上一级功率单元的桥臂中点；桥臂中点连接下一级功率单元的电容正极；二极管阴极连接上一级功率单元的电容负极，电容负极连接下一级功率单元的二极管阴极； 左组结构中第N单元无二极管，右组结构中第一单元无二极管； 阀体左侧第I单元桥臂中点经第一连接电感1^连接公共直流母线正极；右侧第I单元电容正极经第二连接电感1^2连接公共直流母线正极；左侧第I单元电容负极经第三电感L3连接右侧第I单元桥臂中点；左侧第N/2单元电容负极经第四连接电感1^4连接第五连接电感Wi乍为阀体的交流输出端口，第五连接电感L 5的另一端连接右侧第N/2单元桥臂中点；左侧第N单元电容正极连接中间二极管Dam的阴极，D M的阳极连接右侧第N单元的电容正极；左侧第N单元的电容负极与右侧第N单元的桥臂中点直接相连并经第六连接电感1^6连接至公共直流母线的负极。
4.根据权利要求3所述的一种有直流母线的电容自均压三相多电平变换器电路，其特征在于:所述功率开关为IGBT、GTO或IGCT功率半导体开关。
5.根据权利要求3所述的一种有直流母线的电容自均压三相多电平变换器电路，其特征在于:所述每相阀体左侧第k单元桥臂的上下开关驱动信号为互锁关系；左侧第k单元桥臂上管与同一阀体右侧第k单元桥臂下管驱动信号相同；左侧第k单元桥臂下管与同一阀体右侧第k单元桥臂上管驱动信号相同。
【专利摘要】本发明涉及一种有直流母线的电容自均压三相多电平变换器电路，属于电力设备技术领域。该多电平变换器电路由有公共直流母线的三相阀体构成，每相阀体分为左右两部分，每部分含有N个(N为大于零的偶数)串联连接的半桥功率单元，每个半桥功率单元由一个二极管、一个电容和两个串联的功率开关组成；每相阀体左侧与右侧采用准对称形式连接，利用功率单元的二极管、六个连接电感和一个中间二极管构成有电容自均压功能的阀体拓扑结构，三相阀体并联于直流母线上，使得电路在具备电容自均压功能的基础上，也可实现负序分量处理和四象限运行等功能。本发明电路拓扑简洁、控制简单，可以广泛应用于中、高压大容量交/直流变换场合。
【IPC分类】H02M7-487
【公开号】CN104578869
【申请号】CN201410815252
【发明人】高聪哲, 刘向东
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月23日