三相桥式模块单元串联组合高压变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力电子变换器或高电压应用领域，涉及三相桥式模块单元串联组合高压变换器拓扑的构造。
【背景技术】
[0002]实现高压大功率变换器的关键技术之一是大功率变换器拓扑，近几十年来国际上对高压大容量变换器进行了深入的研宄，提出了众多有意义的髙压大容量拓扑。主要构造拓扑的技术包括:1、功率开关器件直接串联技术，其优点是可以直接应用现有拓扑，缺点是各功率开关器件串联存在静态和动态均压问题，对功率开关器件的开通和关断一致性要求较高，易于出现器件故障；2、多重化技术，其优点是传统H桥或者三相桥式电路通过多绕组工频变压器耦合，实现高电压、低谐波输出，缺点是需要用工频多绕组变压器，成本、损耗、复杂性增加，且有直流磁化现象；3、多电平技术，其优点是直流侧采用串联直流电容实现功率开关器件均压，缺点是功率开关器件的导通电流负荷不一致，造成各直流电容上直流电压的不平衡，且拓扑较复杂；4、模块组合多电平变换器即MMC变换器，其优点是各相桥臂根据电压等级，由多个相同的模块化功率单元和两个桥臂电感依次串联构成，实现了高度模块化，在器件电流应力、不平衡运行、故障保护等方面比一般多电平技术具有更明显的优势，是目前高压电能变换首选的变换器。
[0003]本实用新型在MMC变换器基础上，提出一种模块化程度更高的组合高压变换器。本实用新型提出的变换器与MMC变换器有以下不同:1、模块化功率单元不同，MMC变换器采用单相模块化功率单元，本实用新型是采用三相桥式模块化功率单元；2、组合方式不同，MMC变换器是每相模块化功率单元串联组合后、再三相组合，而本实用新型是三相模块化功率单元一次串联组合完成。因而本实用新型与MMC变换器相比较，具有以下显著的优点:1、减少了元器件；2、减少了模块化功率单元数；3、组合简单；4、可靠性高；5、成本下降。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提出一种三相桥式模块单元串联组合高压变换器，与现有高压大容量变换器比较，模块化程度更高，减少了元器件，减少了功率单元数，组合简单，可靠性更高，且成本下降，在高压大容量工业应用中有广阔的前景。本实用新型通过如下技术方案实现。
[0005]一种三相桥式模块单元串联组合高压变换器，其包含2N个三相桥式模块单元和6个桥臂电感，其中高压变换器的上桥臂由N个三相桥式模块单元串联后再相应与3个桥臂电感的一端串联构成，下桥臂由另外3个桥臂电感的一端与另外N个三相桥式模块单元依次串联构成，然后高压变换器上桥臂中的3个桥臂电感的另一端与下桥臂中的所述另外3个桥臂电感的另一端串联，上桥臂中的3个桥臂电感与下桥臂中的3个桥臂电感之间3个连接点构成对应相桥臂的交流输出端，N为正整数。
[0006]进一步地，所述三相桥式模块单元由6个带续流二极管的功率开关元件及I个直流电容构成。
[0007]进一步地，三相桥式模块单元中，每2个功率开关元件串联构成I相，6个功率开关元件共构成3相即a相、b相和c相，其中每I相均各自包括第一开关管和第二开关管，第一开关管的正极接到A端，负极接到B端；第二开关管的正极接到B端，负极接到C端，其中B端、C端为输出端，选择a相或b相或c相的A端接到直流电容的正极、C端接到直流电容的负极，然后a、b、c三相的A端相连接，直流电容上的电压E=V/2N，V为输入直流电源的电压值。
[0008]进一步地，三相桥式模块单元串联组合高压变换器有3种工作状态，第一种状态是上桥臂N个三相桥式模块单元的第二开关管或第二续流二极管导通，其它器件均关断；第二种状态是下桥臂N个三相桥式模块单元的第二开关管或第二续流二极管导通，其它器件均关断；第三种状态是上下桥臂2N个三相桥式模块单元的第一开关管或第一续流二极管导通，其它器件均关断。
[0009]进一步地，高压变换器的上桥臂由N个三相桥式模块单元与桥臂电感依次串联构成，即第一个三相桥式模块单元每相的B端即a+、b+、c+端与电源的正极相连接，第一个三相桥式模块单元每相的B端即Ual、Ubl、Uca与电源的正极相连接，第一个三相桥式模块单元每相的C端与第二个三相桥式模块单元的B端即Ua2、Ub2、Ue2相连接，依此连接规律，第i个三相桥式模块单元的B端即U^UbPUcd分别连接到第1-Ι个三相桥式模块单元每相的C端，第i个三相桥式模块单元每相的C端分别连接到第i+Ι个三相桥式模块单元的B端即Ua(i+1)、Ub(i+1)、Ue(i+1)，N个三相桥式模块单元连接后，第N个三相桥式模块单元每相的C端分别与第一电感、第二电感和第三电感连接。
[0010]进一步地，高压变换器的下桥臂由桥臂电感与N个三相桥式模块单元依次串联构成，即第四电感、第五电感和第六电感分别与第N+1个三相桥式模块单元每相的B端Ua(N+1)、Ub_、Ue(N+1)相连接，第N+1个模块每相的C端与第N+2个三相桥式模块单元的B端即Ua(N+2)、Ub(N+2)、Ue(N+2)相连接，依此规律，高压变换器的下桥臂的N个三相桥式模块单元连接后，第2N个三相桥式模块单元每相的C端即a_、b_、c—端连接到电源V的负极。
[0011]本实用新型与MMC变换器相比，有以下不同:1、模块化功率单元不同，MMC变换器采用单相模块化功率单元，本实用新型是采用三相桥式模块化功率单元；2、组合方式不同，MMC变换器是单相模块化功率单元串联组合后、再三相组合，而本实用新型是三相模块化功率单元一次串联组合完成。因而本实用新型与MMC变换器相比较，具有以下显著的优点:1、减少了元器件；2、减少了模块化功率单元数；3、组合简单；4、可靠性高；5、成本下降。
【附图说明】
[0012]图la~图1c是高压变换器的三相桥式模块单元的结构图。
[0013]图2是本实用新型的三相桥式模块单元串联组合高压变换器主电路。
[0014]图3是三相桥式模块单元串联组合高压变换器中每相桥臂的3种工作状态图。
[0015]图4是具有2N=4个模块的三相桥式模块单元串联组合高压变换器。
[0016]图5是采用120°控制时具有2N=4个模块的三相桥式模块单元串联组合高压变换器的输出电压波形。
[0017]图6是采用180°控制时具有2N=4个模块的三相桥式模块单元串联组合高压变换器的输出电压波形。具体实施方案
[0018]以下结合附图对本实用新型的具体实施作进一步描述。
[0019]图1所示的是本实用新型三相桥式模块单元，三相桥式模块单元的构成方式如下:包含6个带续流二极管的功率开关元件及I个直流电容，每2个功率开关元件串联构成I相，它们按第一开关管T1的正极接到A端、负极接到B端、第二开关管T 2的正极接到B端、负极接到C端的方式连接，其中B端、C端为输出端，然后选择a相或b相或c相的A端接到直流电容(^的正极、C端接到直流电容Ce的负极(CeI的电压E=V/2N，V为输入直流电源的电压值)，进而将a、b、c三相的A端相连接。
[0020]图2的三相桥式模块单元串联组合高压变换器构成方式如下:1、上桥臂由N个三相桥式模块单元与桥臂电感依次串联构成，即第一个三相桥式模