专利名称：一种带辅助二极管模块化多电平变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多电平变换器拓扑结构，特别是关于一种用于中压或高压电网的无功补偿和谐波治理等场合中的带辅助二极管模块化多电平变换器。
背景技术：
随着电力电子技术的不断发展，高电压、大容量已经成为电力电子技术的重要发展方向，并且高电压、大容量的电力电子变换器已经在高电压和大容量场合中得到越来越多的应用，如新型高压直流输电和轻型高压直流输电，中压或高压的静止无功发生器(Static Var Generator, SVG)、有源滤波器(Active Power Filter, APF)、高压变频器，还有新型的发电技术风力发电、光伏发电等等，并且高电压、大容量的电力电子变换器正得 到了全面关注，有巨大的发展和应用空间。近年来对高电压、大容量的多电平电力电子变换器的研究和应用越来越多，包括二极管箝位多电平结构、悬浮电容多电平结构、H桥级联多电平结构、模块化多电平变换器结构(modular multilevel converter,MMC)以及混合结构等等。其中，适合中压或高压电网并且在中压电网有较为成功应用的拓扑结构主要是H桥级联多电平变换器拓扑和MMC拓扑。H桥级联多电平变换器由于结构简单、模块性强，通过串联很容易将电压升高，无需变压器可直接并入电网，在中压无功补偿方面已经有较多应用。MMC拓扑是一种较为新颖的拓扑结构，这种拓扑结构可以含有直流母线，有利于进行有功功率的传输，在高压直流输电方面有成功应用，也已经有将MMC拓扑用于中压电网无功补偿的研究，该拓扑是当前的研究执占。在H桥级联多电平变换器拓扑和MMC拓扑这两类拓扑中，单元电容处于悬浮状态，在实际运行过程中，由于单元的损耗不同，驱动信号不理想有延时等因素，使得阀体中单元的电容电压在不被专门控制的情况下出现不平衡问题，这是这两类多电平变换器拓扑应用中的一个重要问题。目前其解决方法主要通过以下两种途径一种是通过硬件辅助均压电路的方式来进行单元电容电压的均压控制；另一种是通过控制算法将阀体中每个单元的直流电压进行单独控制，实现均压。在硬件辅助均压电路的方法中，可以功率交换辅助电路等形式。功率交换辅助电路法是为每个单元的直流电容配置辅助逆变器，并通过隔离变压器将各个单元的辅助电路连接起来，进行能量交换，从而平衡各个单元的直流电压。在这种方法下，电容电压能够得到较好的均衡控制，但是每个单元都增加了辅助逆变器，隔离变压器等，以及相应的控制、检测电路，使得电路的复杂度大大增加，而且成本也被提高。另一方面，通过增加电容电压均压算法来实现电容电压的平衡控制是最近比较热门的研究内容。由于阀体中单元以串联形式连接，阀体输出电压是单元逆变器输出电压之和，因此在不改变阀体输出电压的情况下，可以灵活调整单元输出电压，从而配合阀体电流来调整每个单元的有功功率，实现均压控制。目前的方法可以大致总结如下。Peng F, McKeever J W，Adams D J.发表的 “A power line conditioner usingcascade multilevel inverters for distribution systems. IEEE Transactions onIndustrial Applications, 1998, 34(6) : 1293-1298. ” 一文中，研究了脉冲轮换实现单兀电容电压均衡控制。针对工频斩波的级联多电平变换器，通过轮换开关管的触发脉冲，使得各个单元的有功功率比较均衡，有利于降低单元电容电压不平衡程度，但是往往达不到消除电容电压不平衡的效果，可以作为辅助控制手段。Liu Z, Liu B, Duan S，et al.发表的 “A novel DC capacitor voltage balancecontrol method for cascade multilevel STATCOM. IEEE Transactions on PowerElectronics, 2012, 27 (I) : 14-26. ” 一文中提出了通过调节每个单元调制波的幅值和相位来调节输出电压，在设备进行无功功率补偿时，阀体输出基波电流，且相位只可能超前或滞后电网电压π/2。根据电网电流调整单元输出电压的相位以及幅值，进而调整单元的有功功率，实现电容电压的均衡控制。但是此法应用于谐波补偿时，阀体输出电流主要含有谐波分量，谐波电流与基波电压产生的有功功率为零，而阀体输出电流的基波分量只有很小的有功电流，因此这种方法用于谐波补偿时，均压能力比较弱。
Qiu Y, He Y, Liu Jinjun.发表的 “A DC voltage control method of cascadedH-bridge inverter for power quality conditioner. International Symposium onIndustrial Electronics Conference, 2010:2879-2884. ” 一文中提出了在每个开关周期，根据阀体电流情况，调整单元开关占空比改变输出电压，使单元在每个开关周期中的有功功率得到调整，进而调整单元的平均有功功率，实现电容均压。这种方法不仅可以用于无功补偿设备，也可以用于谐波补偿设备，但是该法也非常依赖于阀体的电流，同时需要在每个开关周期中计算出各个单元电容电压的开关占空比调节量。当变换器用作中压电网设备时，阀体单元数目比较大，均压控制计算量就很大，会延长数字控制器控制周期，并且会明显降低变换器电流环相位裕度，影响响应速度，甚至造成电流环的振荡。在上述均压控制方法中，都需要在每个单元中设置电压检测以及控制电路，使得控制电路的复杂度较高。目前很少见到对如何简化多电平变换器拓扑的检测控制的研究报导。综上所述，解决电力电子多电平变换器在中压电网应用中存在的上述关键问题，研究新型适合中压或高压电网多电平拓扑结构以及相应控制方法，对于提高电力电子变换器的电压等级和实用性及可靠性至关重要，同时对于建设绿色、智能电网意义重大。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能实现电容自均压，简化多电平拓扑结构和控制的带辅助二极管模块化多电平变换器。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种带辅助二极管模块化多电平变换器，其特征在于它包括三相星形连接的阀体和三个分别连接在三相所述阀体上的有源能量反馈电路；每相所述阀体均包括2M个半桥逆变单元和2M-1个辅助二极管，N = 2M-1,M为自然数；在第一个至第2M-1个串联的所述半桥逆变单元的直流侧电容上分别连接一个所述辅助二极管，并串联最后第2M个所述半桥逆变单元，构成所述阀体；从第一个至第M个所述半桥逆变单元构成所述阀体的上半部分阀体，输出负极性电压；第M+1个至第2M个所述半桥逆变单元构成所述阀体的下半部分阀体，输出正极性电压；每个所述半桥逆变单元均包括两个功率开关管和一个直流电容；所述两个功率开关管串联后构成逆变桥臂，所述逆变桥臂与所述直流电容并联，且所述逆变桥臂的中点作为交流输出端连接上一个相邻所述半桥逆变单元的直流电容阴极，其中，位于所述阀体顶层的半桥逆变单元的交流输出端通过电感连接电网；所述直流电容阴极连接下一个相邻所述半桥逆变单元的逆变桥臂中点；在每个带所述辅助二极管的所述半桥逆变单元中，所述辅助二极管的阴极分别连接该半桥逆变单元的直流电容的阳极、以及上一个相邻半桥逆变单元中辅助二极管的阳极，该辅助二极管的阳极连接下一个相邻半桥逆变单元中辅助二极管的阴极；位于所述阀体最底层的第2M个所述半桥逆变单元构成三相阀体连接的公共单元。所述三相阀体的第2M个半桥逆变单元的直流电容Cj共用直流母线。每个所述功率开关管均采用绝缘栅双极性晶闸管、门极关断晶闸管或集成门极换向晶闸管。每个所述有源能量反馈电路均包括一个逆变器、一个隔离变压器和一组由四个二极管构成的整流桥；所述阀体顶层半桥逆变单元输出的直流电压经所述逆变器转变为交流 电压，输入所述隔离变压器进行隔离，经所述隔离变压器二次侧输入所述整流桥，所述整流桥直流输出端连接由所述阀体底层半桥逆变单元构成的公共单元。每个所述有源能量反馈电路均由隔离变压器、隔直电容和由四个二极管构成的整流桥组成；所述隔离变压器初级的一端连接所述阀体顶层半桥逆变单元的逆变桥臂中点，所述隔离变压器初级的另一端连接所述隔直电容一端，所述隔直电容的另一端连接所述阀体顶层半桥逆变单元的直流母线负极；所述隔离变压器二次侧连接所述整流桥的交流输入端，所述整流桥的直流正极输出端连接所述阀体底层半桥逆变单元直流母线的正极，而所述整流桥的直流负极输出连接所述阀体底层半桥逆变单元直流母线的负极。所述隔离变压器变比为1:2。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用三相星形连接的阀体，并在每相阀体一侧配置有源能量反馈电路，且每相阀体的第一个至第2M-1个半桥逆变单元直流侧电容处连接辅助二极管，因此通过辅助二极管和有源能量反馈电路可以实现所有半桥逆变单元的自均压，而且自均压控制可以完全独立于主电路的电流，不受主电路电压电流的影响。2、本发明由于每相阀体中半桥逆变单元电容均压与阀体中逆变单元数目无关，因此很容易实现高电压输出。3、本发明由于整个电路拓扑结构中只有很少单元的电容电压需要检测，大大减少了直流电压传感器的数目，有利于简化测量和控制电路。4、本发明由于采用有源能量反馈电路仅包括一个隔离变压器、一个隔直电容和一组整流桥，其结构简单，大大简化了整个电路的结构。5、本发明由于整个电路拓扑结构中的电容电压均压通过辅助二极管和有源能量反馈电路来实现，控制简单，不随半桥逆变单元数目的增多而增多，因此不会对整个电路主功能的控制产生影响，方便实现较复杂的主功能控制功能。本发明可以广泛应用于高电压、大容量场合的电力电子变换器拓扑结构中。
图I是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的半桥逆变单元结构示意图；图3是本发明的阀体连接有源能量反馈电路结构示意图4是本发明的有源能量反馈电路采用无需额外有源开关的有源能量反馈电路示意图，及有源能量反馈电路共用阀体顶层半桥逆变单元主电路中的逆变器；图5是本发明的有源能量反馈电路采用独立逆变器的结构示意图；图6是本发明相邻两个半桥逆变单元的四种不同开关状态构成的电路模态示意图；图6 (a)是电路模态I示意图，图6 (b)是电路模态2示意图，图6 (c)是电路模态3不意图，图6 (d)是电路|旲态4不意图；图7是本发明实施例中7电平带辅助二极管模块化多电平变换器工作在谐波补偿状态时，a相阀体的电容电压波形图；图8是是图7稳态过程中的局部放大图；图9是本发明实施例中7电平带辅助二极管模块化多电平变换器工作在无功输出状态时，a相阀体的电容电压波形； 图10是本发明的有源能量反馈电路采用独立半桥逆变器结构示意图。
具体实施例方式本发明提供一种带辅助二极管模块化多电平变换器(MMC)，其主要是用于高电压、大容量场合的电力电子变换器拓扑结构，该变换器拓扑结构能有效解决目前多电平拓扑结构中电容电压不平衡的问题，并能适用于中压或高压电网的无功补偿和谐波治理等场合。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图I所示，本发明包括三相星形连接的阀体10和三个分别连接在三相阀体10上的有源能量反馈电路(AEFC) 20。每相阀体10均包括2M个半桥逆变单元11和(2M-1)个辅助二极管Dn，其中，N =2M-1，M为任意自然数，具体取值由工程需要来确定。在第一个至第(2M-1)个串联的半桥逆变单元11的直流侧电容上分别连接一个辅助二极管Dn，并串联最后第2M个半桥逆变单元11，构成阀体10。其中，从第一个至第M个半桥逆变单元11构成阀体10的上半部分阀体，输出负极性电压；第M+1个至第2M个半桥逆变单元11构成阀体10的下半部分阀体，输出正极性电压。上述实施例中，如图2所示，每个半桥逆变单元11均包括两个功率开关管Sy Sj2和一个直流电容(V两个功率开关管Sm和Sp串联后构成逆变桥臂111，逆变桥臂111与直流电容Cj并联，且逆变桥臂111的中点作为交流输出端，连接上一个第j-1个相邻半桥逆变单元11的直流电容Cp1阴极，其中，位于阀体10顶层的半桥逆变单元11的交流输出端通过电感连接电网；直流电容Cj阴极连接下一个第j+Ι个相邻半桥逆变单元11的逆变桥臂111中点。在每个带辅助二极管Dn的半桥逆变单元11中，辅助二极管Dn的阴极分别连接该半桥逆变单元11的直流电容的阳极、以及上一个相邻半桥逆变单元11中辅助二极管DN_i的阳极，该辅助二极管Dn的阳极连接下一个相邻半桥逆变单元11中辅助二极管Dn+1的阴极。其中，每个功率开关管Sy Sp均可以采用绝缘栅双极性晶闸管(IGBT)、门极关断晶闸管(GTO)或集成门极换向晶闸管(IGCT)。上述各实施例中，位于阀体10最底层的第2M个半桥逆变单元11构成三相阀体10连接的公共单元。三相阀体10的第2M个半桥逆变单元11的直流电容Cj可以共用直流母线，从而有利于三相阀体10直流侧电容Cj电压的平衡，也可以将三相公共直流母线的电容各自解开，成为三个独立工作的阀体10。上述各实施例中，如图3、图4所示，每个有源能量反馈电路(AEFC)20均采用一种无需额外有源开关的AEFC，该电路仅由隔离变压器(或者称为耦合电感)Ta。、隔直电容Cae和由四个二极管构成的整流桥21组成，在本发明的带辅助二极管模块化多电平变换器拓扑中，该AEFC共用阀体10顶层半桥逆变单元11主电路中的逆变器(即逆变桥臂111)，无需另加有源开关和控制电路。隔离变压器Ta。初级的一端连接阀体10顶层半桥逆变单元11的逆变桥臂111中点(即半桥逆变单元11交流输出的一端)，隔离变压器Ta。初级的另一端连接隔直电容Ca。一端，隔直电容Ca。的另一端连接阀体10顶层半桥逆变单元11的直流母线负极(即半桥逆变单元11交流输出端另一端)。隔离变压器Ta。二次侧连接整流桥24的交流输入端，整流桥24的直流正极输出端连接阀体10底层半桥逆变单元11直流母线的正极，而整流桥24的直流负极输出连接阀体10底层半桥逆变单元11直流母线的负极。阀体10顶层半桥逆变单元11的直流电压经隔直电容ca。转变为交流电压后，经过隔离变压器Ta。进行隔离，然后输入与隔离变压器Tae 二次侧连接的整流桥24，整流桥24直流输出连接底层半桥逆变单元11的直流母线，从而实现能量由顶层半桥逆变单元11传输到底层半桥逆变单元11，实现顶层半桥逆变单元11和底层半桥逆变单元11的电容电压均衡。其中，隔离变压器Ta。工作在功率开关管的开关频率，即脉宽调制的载波频率，则隔离变压器Ta。和隔直电容Ca。的体积可以比较小。上述各实施例中，如图5所示，每个AEFC 20还可以采用具有独立逆变器结构的AEFC，其包括逆变器22、隔离变压器23和整流桥24。阀体10顶层半桥逆变单元11输出的直流电压经逆变器22转变为交流电压，该交流电压输入隔离变压器23进行隔离，经隔离变压器23 二次侧输入整流桥24，整流桥24直流输出端连接由阀体10底层半桥逆变单元11构成的公共单元，从而实现能量由顶层半桥逆变单元11传输到底层半桥逆变单元11，实现了顶层半桥逆变单元11和底层半桥逆变单元11的电容电压均衡。综上所述，由于在本发明的带辅助二极管模块化多电平变换器拓扑中，各半桥逆变单元11之间的电路工作原理相同，为方便说明起见，本发明只对邻近两个基本半桥逆变单元11的电路工作原理进行介绍。同时，虽然每个阀体10分为正极性和负极性两个部分，而这两部分的工作原理也是类似的，因此本发明以阀体10中输出正极性电压部分中的邻近两个半桥逆变单元11的工作状况为例来进行说明。如图6 Ca) 图6 Cd)所示，其中Sjl和Sj2是第j个半桥逆变单元11的上、下功率开关，Ctu为该半桥逆变单元11的直流侧电容，而Dj是该半桥逆变单元11的辅助二极管； S(J+1)1和S (J+1)2是第j+Ι个半桥逆变单元11的上、下功率开关，CdJ+1为该半桥逆变单元11的直流侧电容，而IV1是该半桥逆变单元11的辅助二极管，则这两个邻近的半桥逆变单元11串联后的各个电路工作模态如下在邻近两个半桥逆变单元11的四种不同开关状态构成的电路模态中，对于电路模态I (如图6 (a)所示)和电路模态3 (如图6 (C)所示)，无论两个半桥逆变单元11的电容电压大小关系如何，辅助二极管Dj都不会导通；而对于电路模态2 (如图6 (b)所示)和电路模态4 (如图6 (d)所示)，即功率开关S(j+1)2导通的模态，则是辅助二极管Dj可能导通的电路模态。如果两个半桥逆变单元11电容电压关系为Ud^udW，则切换到电路模态2或电路模态4时，功率开关S(j+1)2导通，则辅助二极管Dj就会导通，产生均压电流iac;j，电容CdJ+1会对Ctu充电。当电路在工作过程中，开关S (J+1)2会在PWM驱动信号的作用下，不断地进行开通和关断，这使得电容Ctw会反复的对Ctu充电，直到Utu = udJ+10在实际应用中，每个半桥逆变单元11的功率开关会一直处于较高频率的斩波状态，因此并不会出现Udj明显低于udj+1的情况，且由于电路存在寄生参数，则均压电流iac;j会比较小。对于阀体10中负极性电压输出部分，其工作原理与正极性电压输出部分类似，可以按上述形式来分析，这里不做赘述，从而，在由2M个带辅助二极管基本半桥逆变单元11串联构成MMC的阀体10中，半桥逆变单元11电容电压会按以下顺序排列(I)由此可知，由带辅助二极管基本单元串联构成的MMC阀体10拓扑只能实现单元电容的单向均压，并不能实现整个阀体单元电容电压的均衡，因此本发明采用AEFC20来完善这种拓扑的电容电压的均压功能。对于每相阀体10来说，其电容电压关系为如式(I)所示。如果阀体10中半桥逆 变单兀11的有功损耗关系为Plossi〉Ploss2〉...〉Plossj〉…〉PlossN (2)贝_体10中半桥逆变单元11电容电压就趋向于均衡，但半桥逆变单元11实际损耗的关系不一定是上述关系，因此阀体10顶层半桥逆变单元11的电容电压可能会大大高于底层半桥逆变单元11的电容电压，本发明采用AEFC20对顶层和底层半桥逆变单元11电容电压进行控制。利用AEFC 20将阀体10顶层半桥逆变单元11和底层半桥逆变单元11连接起来，通过AEFC 20将顶层半桥逆变单元11的能量传递给底层半桥逆变单元11，降低其电容电压之差，使二者相等，即Udl = udN。(3)则不等式(I)就变为全等关系，即实现阀体10中所有半桥逆变单元11电容电压的自均压。当采用无需额外有源开关AEFC 20时，该电路工作时，顶层半桥逆变单元11会输出PWM型脉冲电压Ua。，该电压中含有直流分量和低频分量，它们将很容易通过隔离变压器Tac的励磁电感Lm，而降在隔直电容Ca。上，这样电压ua。的低频分量就基本不会被感应到隔离变压器Ta。二次侧；而电压ua。的开关频率分量将很容易通过隔直电容Ca。而降在励磁电感Lm上，则绝大部分开关频率分量会被感应到隔离变压器Ta。的二次绕组上，那么隔离变压器Ta。二次侧会感应出脉冲型电压，经过整流桥电路变为直流电压，从而可以实现利用开关频率的电压分量将阀体10顶层半桥逆变单元11的能量传输给底层半桥逆变单元11，实现直流电容电压均衡。其中，隔离变压器Ta。变比为1:2，即次边匝数化=2。另外，由于每相阀体10是双极性电压输出，这样底层作为公共单元的普通半桥逆变单元11不承受对地或电网中点的直流共模电压，降低了绝缘要求。每个阀体10有2M个半桥逆变单元11，能够输出2M+1电平电压，而且三相阀体10采用星形结构连接，且三相阀体10最底层半桥逆变单元11可以共用直流母线，这样整个电路只需在3个阀体10的顶层半桥逆变单元11和一个普通半桥逆变单元11 (即公共单元)配置电压传感器，共4个，大大少于传统结构。另外，每相阀体10配置无辅助逆变器的AEFC，以实现阀体10直流电容的自均压。公共单元的存在使得在补偿对称分量时降低该单元的直流电压波动幅值，并且提供了三相阀体10间能量交换通道，有利于平衡三相阀体10的电容电压。
下面通过具体实施例对本发明的原理作进一步的介绍。实施例根据本发明的原理，搭建了星形连接的7电平带辅助二极管模块化多电平变换器样机，当其工作在谐波补偿状态时，可以得到实验结果的整体情况波形(如图7、图8所示)，其中，波形顺序从上往下依次是电网a相电流、带辅助二极管MMC的a相阀体电流、a相阀体公共单元电容电压、a相第5级单元电容电压、a相第4级单元电容电压、a相第3级单元电容电压、a相第2级单元电容电压、a相第I级单元电容电压。由此可以看出，在稳态阀体中的各级电容电压均衡良好。当7电平带辅助二极管模块化多电平变换器样机工作在无功输出状态时(如图9所示)，其输出的实验波形顺序与其工作在谐波补偿状态时输出的波形顺序一致(如图7所示)，由此可以看出，由于输出单相功率，各级单元的电容电压出现了工频波动，但是阀体各级单元的电容电压平均值依旧保持较平衡状态。上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，例如AEFC 20还可以采用其他多种形式，如图10所示，将具有独立逆变器的有源能量反馈电 路中的逆变器采用半桥结构逆变器进行替换。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种带辅助二极管模块化多电平变换器，其特征在于它包括三相星形连接的阀体和三个分别连接在三相所述阀体上的有源能量反馈电路；每相所述阀体均包括2M个半桥逆变单元和2M-1个辅助二极管，N = 2M-1，M为自然数；在第一个至第2M-1个串联的所述半桥逆变单元的直流侧电容上分别连接一个所述辅助二极管，并串联最后第2M个所述半桥逆变单元，构成所述阀体；从第一个至第M个所述半桥逆变单元构成所述阀体的上半部分阀体，输出负极性电压；第M+1个至第2M个所述半桥逆变单元构成所述阀体的下半部分阀体，输出正极性电压； 每个所述半桥逆变单元均包括两个功率开关管和一个直流电容；所述两个功率开关管串联后构成逆变桥臂，所述逆变桥臂与所述直流电容并联，且所述逆变桥臂的中点作为交流输出端连接上一个相邻所述半桥逆变单元的直流电容阴极，其中，位于所述阀体顶层的半桥逆变单元的交流输出端通过电感连接电网；所述直流电容阴极连接下一个相邻所述半桥逆变单元的逆变桥臂中点；在每个带所述辅助二极管的所述半桥逆变单元中，所述辅助二极管的阴极分别连接该半桥逆变单元的直流电容的阳极、以及上一个相邻半桥逆变单元中辅助二极管的阳极，该辅助二极管的阳极连接下一个相邻半桥逆变单元中辅助二极管的阴极； 位于所述阀体最底层的第2M个所述半桥逆变单元构成三相阀体连接的公共单元。
2.如权利要求I所述的一种带辅助二极管模块化多电平变换器，其特征在于所述三相阀体的第2M个半桥逆变单元的直流电容&共用直流母线。
3.如权利要求I所述的一种带辅助二极管模块化多电平变换器，其特征在于每个所述功率开关管均采用绝缘栅双极性晶闸管、门极关断晶闸管或集成门极换向晶闸管。
4.如权利要求2所述的一种带辅助二极管模块化多电平变换器，其特征在于每个所述功率开关管均采用绝缘栅双极性晶闸管、门极关断晶闸管或集成门极换向晶闸管。
5.如权利要求I或2或3或4所述的一种带辅助二极管模块化多电平变换器，其特征在于每个所述有源能量反馈电路均包括一个逆变器、一个隔离变压器和一组由四个二极管构成的整流桥；所述阀体顶层半桥逆变单元输出的直流电压经所述逆变器转变为交流电压，输入所述隔离变压器进行隔离，经所述隔离变压器二次侧输入所述整流桥，所述整流桥直流输出端连接由所述阀体底层半桥逆变单元构成的公共单元。
6.如权利要求I或2或3或4所述的一种带辅助二极管模块化多电平变换器，其特征在于每个所述有源能量反馈电路均由隔离变压器、隔直电容和由四个二极管构成的整流桥组成；所述隔离变压器初级的一端连接所述阀体顶层半桥逆变单元的逆变桥臂中点，所述隔离变压器初级的另一端连接所述隔直电容一端，所述隔直电容的另一端连接所述阀体顶层半桥逆变单元的直流母线负极；所述隔离变压器二次侧连接所述整流桥的交流输入端，所述整流桥的直流正极输出端连接所述阀体底层半桥逆变单元直流母线的正极，而所述整流桥的直流负极输出连接所述阀体底层半桥逆变单元直流母线的负极。
7.如权利要求6所述的一种带辅助二极管模块化多电平变换器，其特征在于所述隔离变压器变比为1:2。
全文摘要
本发明涉及一种带辅助二极管模块化多电平变换器，它包括三相阀体和三个分别连接在三相阀体上的有源能量反馈电路；每相阀体均包括2M个半桥逆变单元和2M-1个辅助二极管；在第一个至第2M-1个串联的半桥逆变单元的直流侧电容上分别连接一个辅助二极管，并串联最后第2M个半桥逆变单元构成阀体；从第一个至第M个半桥逆变单元构成阀体的上半部分，输出负极性电压；第M+1个至第2M个半桥逆变单元构成阀体的下半部分，输出正极性电压。本发明利用辅助二极管和有源能量反馈电路构成电容电压均压回路，实现了电容自均压效果，同时实现了用很少的直流电压传感器来测量单元电容电压，大大简化了多电平拓扑的检测和控制；本发明可以用于中压或高压等级电网的无功补偿、谐波治理等场合。
文档编号H02M7/5387GK102832841SQ20121030802
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者姜新建, 高聪哲 申请人:清华大学