网相连。
[0025] 本实施例中的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，由第一导通开关、第二导 通开关、第三导通开关、第四导通开关、桥臂电路、第一箝位开关、第二箝位开关构成。其中 第一导通开关的正极作为相单元的正极，第一导通开关的负极与第二导通开关的正极及第 一箝位开关的阳极相连，第二导通开关的负极与桥臂电路的一个端点及第三导通开关的正 极相连，第三导通开关的负极与第四导通开关的正极及第二箝位开关的阴极相连，第四导 通开关的负极作为相单元的负极，第一箝位开关的阴极与第二箝位开关的阳极相连，作为 相单元的中点。桥臂电路的另一个端点作为相单元的交流侧端点。
[0026] 本实施例中的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器的每个相单元中的导通开 关，由12个额定电压1. 7kV的含有反并联二极管的IGBT串联构成，其中第一个IGBT的集 电极作为导通开关的正极，最后一个IGBT的发射极作为导通开关的负极。
[0027] 本实施例中的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器的每个相单元中的箝位开 关，由12个额定电压1. 7V的二极管串联构成，其中第一个二极管的阳极作为箝位开关的阳 极，最后一个二极管的阴极作为箝位二极管的阴极。
[0028] 本实施例中的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器的每个相单元中的桥臂，由 10个H桥子模块串联构成。
[0029] 本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，其每个相单元的导通开关 存在正电平、零点平、负电平三种调制状态，其中正电平状态是指第一导通开关和第二导通 开关导通，第三导通开关和第四导通开关关断；零点平状态是指第一导通开关和第四导通 开关关断，第二导通开关和第三导通开关导通；负电平状态是指第一导通开关和第二导通 开关关断，第三导通开关和第四导通开关导通。本实施例中导通开关采用基波调制方法， 各导通开关的开关频率为50Hz，其每个相单元的桥臂电路的调制方法采用最近电平逼近方 法，电容均压方法采用开环排序法。
[0030] 在本实施例中，t= 0. 3s前变流器正常工作，t= 0. 3s时直流侧发生双极短路 故障，变流器在检测到直流电流绝对值大于lkA时切换到故障闭锁模式，在t= 0. 4s时变 流器切换至故障无功补偿模式，本实施例中多电平变流器的输出功率、网侧电流、子模块电 容电压、直流母线电压、直流侧电流和直流电容器电压的波形如图5 (a)、5 (b)、5 (c)、5 (d)、 5(e)和5(f)所示。从图5可见，本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器能够 实现对功率的四象限控制，网侧电流谐波特性好，并能维持子模块电容和直流电容的电压 稳定，可长期平稳运行，实现交、直流变换及能量的传输；在直流短路故障后，变流器可以防 止交流电网经直流故障回路形成三相短路，从而可以闭锁直流故障，保存桥臂子模块中电 容的能量，且可运行为静止同步补偿装置，在直流双极故障情况下仍然为电网提供无功支 撑。
【主权项】
1. 一种中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，其特征在于该多电平变流器，包括第 一相单元、第二相单元、第三相单元、第一交流电抗器L a、第二交流电抗器Lb、第三交流电抗 器L。、第一直流电容器C1和第二直流电容器C 2;所述的第一直流电容器的正极作为多电平 变流器的正极直流母线，第一直流电容器的负极与所述的第二直流电容器的正极相连，作 为多电平变流器的公共中点N，第二直流电容器的负极作为多电平变流器的负极直流母线； 所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元的正极同时与第一直流电容器的正极相连， 第一相单元、第二相单元和第三相单元的负极同时与第二直流电容器的负极相连，第一相 单元、第二相单元和第三相单元的中点同时与多电平变流器的公共中点相连，第一相单元、 第二相单元和第三相单元的交流侧端点A。、B。和C。分别通过所述的第一交流电抗器L a、第 二交流电抗器Lb和第三交流电抗器L。与交流电网相连； 所述的第一相单元、第二相单元和第三相单元的电路原理图相同，均由第一导通开关 S1、第二导通开关S2、第三导通开关S3、第四导通开关S4、桥臂电路、第一箝位开关D 1和第二 箝位开关D2构成；所述的第一导通开关S i的正极作为相单元的正极，第一导通开关S i的负 极同时与第二导通开关S2的正极和第一箝位开关D i的阳极相连，第二导通开关S 2的负极 同时与所述的桥臂电路的一个端点和第三导通开关S3的正极相连，第三导通开关S 3的负极 同时与第四导通开关S4的正极和第二箝位开关D 2的阴极相连，第四导通开关S 4的负极作 为相单元的负极，第一箝位开关D1的阴极与第二箝位开关D 2的阳极相连，作为相单元的中 点，桥臂电路的另一个端点作为相单元的交流侧端点。2. 如权利要求1所述的多电平变流器，其特征在于所述的相单元中的导通开关，由多 个含有反并联二极管的全控半导体开关串联而成，串联的多个全控半导体开关中，第一个 全控半导体开关的集电极作为导通开关的正极，最后一个全控半导体开关的发射极作为导 通开关的负极；全控半导体开关的个数为U dc/ (2U。)，其中Ud。为多电平变流器的直流母线额 定电压，U。为每个全控半导体开关的额定电压。3. 如权利要求1所述的多电平变流器，其特征在于所述的相单元中的箝位开关，由多 个二极管串联构成，多个串联的二极管中，第一个二极管的阳极作为箝位开关的阳极，最后 一个二极管的阴极作为箝位二极管的阴极，二极管的个数为U dc/ (2U J，其中Ud。为多电平变 流器的直流母线额定电压，Ued每个二极管的额定电压。4. 如权利要求1所述的多电平变流器，其特征在于所述的相单元中的桥臂电路，由多 个H桥子模块串联而成，每个H桥子模块包括一个直流电容器、第一全控半导体开关、第二 全控半导体开关、第三全控半导体开关、第四全控半导体开关、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，所述的第一全控半导体开关、第二全控半导体 开关、第三全控半导体开关和第四全控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，所述的第一全控半导 体开关、第二全控半导体开关、第三全控半导体开关和第四全控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，所述的第一全控半导体开关的集电极同时与第四全控半导体开关的集电极和直流电容 器的正极端相连，所述的第一全控半导体开关的发射极与第二全控半导体开关的集电极相 连，作为H桥子模块的一个端点；所述的第二全控半导体开关的发射极同时与第三全控半 导体开关的发射极和直流电容器的负极端相连，所述的第三全控半导体开关的集电极与第 四全控半导体开关的发射极相连，作为H桥子模块的另一个端点；当多电平变流器不需要 具备直流故障穿越能力时，每个桥臂电路中串联的H桥子模块个数大于或等于Udc/(4UM)， 当多电平变流器需要具备直流故障穿越能力时，每个桥臂电路中串联的H桥子模块个数大 于或等于/,.)/(4以其中Ud。为多电平变流器的直流母线额定电压，Uan为每个子模块 电容的额定电压。
【专利摘要】本发明涉及一种中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，属于电力电子技术和电力输配电领域。本发明提出的中点箝位型级联H桥混合多电平变流器，结合了中点箝位型变流器与模块化多电平变流器的特点，由三个相单元、三个交流电抗器以及第一直流电容器、第二直流电容器构成，利用级联的全控半导体开关和级联的H桥实现宽范围的高压大功率交、直流变换。与已有各种多电平变流器相比，本发明提出的中点箝位型多电平变流器可具备穿越直流短路故障的能力，所需的全控半导体开关和电容数均较少，同时由级联的全控半导体开关构成的导通开关的开关频率和开关损耗均较低，因而可为高压直流输电、电机驱动等领域提供更低成本的解决方案。
【IPC分类】H02M7/25
【公开号】CN104883084
【申请号】CN201510276068
【发明人】于心宇, 魏应冬, 姜齐荣
【申请人】清华大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月26日