2n+2开关组mmc ac-ac变换器及其控制方法
【专利摘要】本发明提供2N+2开关组MMC?AC-AC变换器及其控制方法。变换器包括包括N个输入/输出、第一桥臂、第二桥臂和第一电容；每个输入/输出的输入均是交流输入，每个输入/输出的负载均是感性负载；第一桥臂和第二桥臂均由N+1个开关组和2个电感串联而成；每个开关组均由n个功率开关单元串联而成；交流输入和负载的数量和为N；负载的两端作为输出；N＞2，n为正整数。该变换器采用载波移相PWM控制，每个输入交流电源变换成2n+1电平的交流输入，经AC-AC变换成2n+1电平的交流输入给感性负载供电，且MMC功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流电源电压的1/n，适合高压和大功率场合的应用。
【专利说明】2N+2开关组圖C AC-AC变换器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模块组合多电平变换器(MMC)领域，具体涉及一种2N+2开关组MMCAC-AC变换器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]目前功率变换器正向小型化、高可靠性和低损耗方向发展，在这种趋势下出现两种改进变换器的方向:减少无源器件或者改进变换器拓扑结构以减少有源器件作为减少有源器件方向的新进展。单相2N+2开关AC-AC变换器相对于传统的4N开关AC-AC变换器减少了 2N-2个开关及相应的驱动电路，在考虑成本与体积的应用中占有一定的优势。然而，2N+2开关AC-AC变换器的N路单相输入或输出均为三电平，输入输出交流波形比较差。此外，2N+2个开关中每个开关承受的电压应力为直流母线电压的一半，且存在2N+2个开关管的均压问题，这极大的限制了单相2N+2开关AC-AC变换器在高压和大功率场合的应用。
[0003]近年来，多电平变换技术得到不断推广，并已成功应用在诸如高压直流输电、电力传动、有源滤波、静止同步补偿等工业领域，目前常见的电压型多电平变换器拓扑大致可分为箱位型和单元级联型两大类。模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流输电系统应用。然而，当N条不同频率的交流线路的相连时，需要2N个MMC变换器，这极大的增加了工程成本。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种2N+2开关组MMC AC-AC变换器及其控制方法。
[0005]本发明采用的技术方案是:2N+2开关组MMC AC-AC变换器包括N个输入/输出、第一桥臂、第二桥臂和第一电容；所述输入/输出为输入或输出，输入是交流输入，输出是感性负载；所述第一桥臂由N+1个开关组和2个电感串联而成，所述第二桥臂由N+1个开关组和2个电感串联而成；第一桥臂的第i个开关组由η个功率开关单元串联而成，第二桥臂的第i个开关组由η个功率开关单元串联而成，其中i的取值为I?N+1 ；Ν>2, η为正整数。
[0006]第一桥臂的两个电感相互耦合，构成一对耦合电感；第二桥臂的两个电感相互耦合，构成一对稱合电感。
[0007]所述2Ν+2开关组MMC AC-AC变换器中，第一桥臂的第I个开关组的下端与第一桥臂中2个电感的第一电感的一端连接，第一桥臂的第一电感的另一端与第一桥臂的第2个开关组的上端连接；第一桥臂的第i个开关组的下端与第一桥臂的第i+Ι个开关组的上端连接，其中i的取值为2?N-1 ;第一桥臂的第N个开关组的下端与第一桥臂的第二电感的一端连接，第一桥臂的第二电感的另一端与第一桥臂的第N+1个开关组的上端连接；第二桥臂的电路结构与第一桥臂的电路结构完全一致；第1^个输入/输出的两端分别与第一桥臂的第k+Ι个开关组的上端、第二桥臂的第k+Ι个开关组的上端连接，其中k的取值为I?N-1 ;第N个输入/输出的两端分别与第一桥臂的第N个开关组的下端、第二桥臂的第N个开关组的下端连接；第一桥臂的第I个开关组的上端与第二桥臂的第I个开关组的上端、第一电容的正极连接，第一电容的负极与第一桥臂的第N个开关组的下端、第二桥臂的第N个开关组的下端、地端连接。
[0008]当第k个输入/输出为交流输入时，该交流输入由交流输入电源与输入电感构成，交流输入电源的一端与输入电感的一端连接，交流输入电源的另一端作为该交流输入的一端，输入电感的另一端作为该交流输入的另一端，其中k的值为I?N ;当第k个输入/输出为感性负载时，该感性负载由输出电阻与输出电感构成，输出电阻的一端与输出电感的一端连接，输出电阻的另一端作为该感性负载的一端，输出电感的另一端作为该感性负载的另一端。
[0009]功率开关单元包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和第二电容。其中，第二电容的正极与第一开关管的集电极、第一二极管的阴极连接，第一开关管的发射极与第一二极管的阳极、第二开关管的集电极、第二二极管的阴极连接，第二开关管的发射极与第二二极管的阳极、第二电容的负极连接；第二开关管的集电极作为第一输出端，第二开关管的发射极作为第二输出端。
[0010]第一桥臂的第i个开关组的第j个功率开关单元的第二输出端与第一桥臂的第i个开关组的第j+Ι个功率开关单元的第一输出端连接，其中j取值为I?n-1，i取值为I?N+1 ;第二桥臂的第i个开关组的第j个功率开关单元的第二输出端与第一桥臂的第i个开关组的第j+Ι个功率开关单元的第一输出端连接。
[0011]上述变换器的控制方法是:采用载波移相PWM控制第一桥臂的每个开关组和第二桥臂的每个开关组的每个开关管的开通与关断；第一桥臂的第i个开关组的第j个功率开关单元和第二桥臂的第i个开关组的第j个功率开关单元均采用相同三角波作为第j个载波Cj,其中j的取值为I?η ;n个载波依次滞后相角360° /n ;第k个输入/输出的第一桥臂的端采用第一桥臂的第k个正弦波Rsak叠加第k个直流偏置Rdtjk得到第一桥臂的第k个调制波RSak+Rd。,，其中k的取值为I?N ;第k个输入/输出的第二桥臂的端采用第二桥臂的第k个正弦波Rsbk叠加第k个直流偏置Rdtjk得到第二桥臂的第k个调制波Rsbk+Rd()k;第一桥臂的第k个正弦波Rsak和第二桥臂的第k个正弦波Rsbk相位相差180°。
[0012]第一桥臂的第k个调制波RSak+Rd()k与第j个载波Cj通过第k个比较器，当第一桥臂的第k个调制波RSak+Rd()k大于第j个载波Cj时，第k个比较器输出高电平，当第一桥臂的第k个调制波RSak+Rd。,小于第j个载波Cj时，第k个比较器输出低电平，其中k的取值为I?N ;第I个比较器的输出作为第一桥臂的第I个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平；第k-Ι个比较器的输出通过第k-Ι个非门，第k-Ι个非门的输出与第k个比较器的输出通过第k-Ι个异或门得到第一桥臂的第k个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，其中k的取值为2?N ;第N个比较器的输出通过第N个非门得到第一桥臂的第N+1个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平；第二桥臂的第k个调制波Rsbk+Rd()k与第j个载波&通过第N+k个比较器，当第二桥臂的第k个调制波Rsbk+Rd()k大于第j个载波Cj时，第N+k个比较器输出高电平，当第二桥臂的第k个调制波Rsbk+Rd()k小于第j个载波Cj时，第N+k个比较器输出低电平，其中k的取值为I?N ;第N+1个比较器的输出作为第二桥臂的第I个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平；第奸1^-1个比较器的输出通过第Ν+k-l个非门，第Ν+k-l个非门的输出与第N+k个比较器的输出通过第N-1+k-l个异或门得到第二桥臂的第k个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，其中k的取值为2?N ;第2*N个比较器的输出通过第2*N个非门得到第二桥臂的第N+1个开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平。每个开关组的每个功率开关单元中第二开关管(S2)门极的控制电平反相后得到该功率开关单元中第一开关管(S1)门极的控制电平。
[0013]所述2N+2开关组MMC AC-AC变换器的工作模式包括同频工作模式和异频工作模式，同频工作模式中，N个交流输入或输出的频率相同，幅值不相同；异频工作模式中，N个交流输入或输出的频率和幅值均不同。
[0014]与现有技术相比，本发明具有的优势为:每个输入交流电源变换成2n+l电平的交流输入，经AC-AC变换成2n+l电平的交流输入给感性负载供电，功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流母线电压的1/n，同时能保证变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题。与现有的单相2N+2开关变换器相比较，本发明所提供的2N+2开关组MMC AC-AC变换器的N路交流输入与输出为N路2n+l电平，输入输出交流电流波形的质量有了极大的提高。此外，每个开关管的承受的电压应力仅为直流母线电压的1/n，且本发明所提供的控制方法使变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题，这将非常有利于2N+2开关组MMC AC-AC变换器在高压和大功率场合的应用。与现有的MMC变换器相比较，本发明所提供的2N+2开关组MMC AC-AC变换器具有N路交流输入或输出，可直接用于N条不同频率的交流线路的相连，极大的降低了工程成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的2N+2开关组MMC AC-AC变换器的电路结构图；
[0016]图2a、2b分别是图1所示的2N+2开关组MMC AC-AC变换器的交流输出与感性负载的电路结构图；
[0017]图3是图1所示的2N+2开关组MMC AC-AC变换器的功率开关单元的电路结构图；
[0018]图4是图1所示的2N+2开关组MMC AC-AC变换器的载波移相PWM控制结构图；
[0019]图5a、5b是八开关组MMC AC-AC变换器分别工作于同频工作模式和异频工作模式下的调制波；
[0020]图6a、6b是八开关组九电平MMC AC-AC变换器工作于同频工作模式和异频工作模式的仿真波形图。
【具体实施方式】
[0021]为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明。但本发明的实施不限于此。
[0022]参考图1，本发明的2N+2开关组MMC AC-AC变换器，包括N个输入/输出、第一桥臂、第二桥臂和第一电容C1 ;每个输入/输出的输入均是交流输入,每个输入/输出的输出均是感性负载；所述第一桥臂由N+1个开关组(BQ1、BQ2、…、Bq(n+1))和2个电感(LQ1、LQ2)串联而成，所述第二桥臂由N+1个开关组(Bn、B12、…、B1(n+1))和2个电感(Ln、L12)串联而成；第一桥臂的第i个开关组Btli由η个功率开关单元(SMBCIil、SMB0i2,…、SMeoin)串联而成，第二桥臂的第i个开关组Bli由η个功率开关单元(SMBm、SMBli2、-,SMmin)串联而成，其中i的取值为I?N+1 ；Ν>2, η为正整数。
[0023]第一桥臂的第I个开关组Btll的下端P与第一桥臂中2个电感的第一电感Ltll的一端连接，第一桥臂的第一电感Ltll的另一端与第一桥臂的第2个开关组Btl2的上端ο连接；第一桥臂的第i个开关组Btli的下端与第一桥臂的第i+Ι个开关组Bckw)的上端连接，其中i的取值为2?N-1 ;第一桥臂的第N个开关组Bcin的下端与第一桥臂的第二电感Ltl2的一端连接，第一桥臂的第二电感Ltl2的另一端与第一桥臂的第N+1个开关组Btl0w)的上端连接；第二桥臂的电路结构与第一桥臂的电路结构完全一致；第k个输入/输出的两端分别与第一桥臂的第k+Ι个开关组Β_)的上端、第二桥臂的第k+Ι个开关组B1(k+1)的上端连接，其中k的取值为I?N-1 ;第N个输入/输出的两端分别与第一桥臂的第N个开关组Bcin的下端、第二桥臂的第N个开关组Bin的下端连接；第一桥臂的第I个开关组Btll的上端与第二桥臂的第I个开关组B11的上端、第一电容C1的正极连接，第一电容C1的负极与第一桥臂的第N个开关组Bcin的下端、第二桥臂的第N个开关组Bin的下端、地端G连接。
[0024]当第k个输入/输出为交流输入时，该交流输入由交流输入电源Usk与输入电感Lsk构成，交流输入电源Usk的一端与输入电感Lsk的一端连接,交流输入电源Usk的另一端作为交流输入的一端，输入电感Lsk的另一端作为交流输入的另一端，如图2a所示，其中k的值为I?N ;当第k个输入/输出为感性负载时，该感性负载由输出电阻Rut与输出电感Lut构成，输出电阻Rui的一端与输出电感Uk的一端连接，输出电阻Rljk的另一端作为感性负载的一端，输出电感Lut的另一端作为感性负载的另一端，如图2b所示。
[0025]图3示出图1所示的2N+2开关组MMC AC-AC变换器的功率开关单元的电路结构图，功率开关单元包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2和第二电容CSM。其中，第二电容Csm的正极与第一开关管S1的集电极、第一二极管D1的阴极连接，第一开关管S1的发射极与第一二极管D1的阳极、第二开关管S2的集电极、第二二极管D2的阴极连接，第二开关管S2的发射极与第二二极管D2的阳极、第二电容Csm的负极连接；第二开关管S2的集电极作为第一输出端，第二开关管S2的发射极作为第二输出端。
[0026]如图1所示，第一桥臂的第i个开关组Btli的第j个功率开关单元SMbciu的第二输出端与第一桥臂的第i个开关组Btli的第j+Ι个功率开关单元SMbm?+1)的第一输出端连接，其中j取值为I?n-1，i取值为I?N+1 ;第二桥臂的第i个开关组Bli的第j个功率开关单元SMbiu的第二输出端与第一桥臂的第i个开关组Bli的第j+Ι个功率开关单元SMBli(j+1)的第一输出端连接。
[0027]令第k路交流输入或输出为Uk = Uk cos(wkt+(Pk)，则:
[0028]
K,<Pl) R = —^lCOS(U)HI)
[0029]公式中，Uci为第一电容C1的电压。
[0030]图1所示的2N+2开关组MMC AC-AC变换器采用载波移相PWM控制，如图4所示。
[0031]采用载波移相PWM控制第一桥臂的每个开关组Btli和第二桥臂的每个开关组Bli的每个开关管的开通与关断，其中i取值为I?N+1 ;第一桥臂的第i个开关组Btli的第j个功率开关单元SMbciu和第二桥臂的第i个开关组Bli的第j个功率开关单元SMbiu均采用相同三角波作为第j个载波C」，其中j的取值为I?η ;n个载波(CpC2.....Cn)依次滞后相角360° /n ;第k个输入/输出的第一桥臂的端ak采用第一桥臂的第k个正弦波Rsak叠加第k个直流偏置Rdtjk得到第一桥臂的第k个调制波RSak+Rd。,，其中k的取值为I?N ;第k个输入/输出的第二桥臂的端bk采用第二桥臂的第k个正弦波Rsbk叠加第k个直流偏置Rdtjk得到第二桥臂的第k个调制波Rsbk+Rd()k;第一桥臂的第k个正弦波Rsak和第二桥臂的第k个正弦波Rswt相位相差180°。
[0032]第一桥臂的第k个调制波RSak+Rd()k与第j个载波&通过第k个比较器，当第一桥臂的第k个调制波RSak+Rd()k大于第j个载波Cj时，第k个比较器输出高电平，当第一桥臂的第k个调制波RSak+Rd。,小于第j个载波Cj时，第k个比较器输出低电平，其中k的取值为I?N ;第I个比较器的输出作为第一桥臂的第I个开关组Btll的第j个功率开关单元SMbciu的第二开关管S2门极的控制电平sB(llj ;第k-Ι个比较器的输出通过第k-Ι个非门，第k-Ι个非门的输出与第k个比较器的输出通过第k-ι个异或门得到第一桥臂的第k个开关组Btlk的第j个功率开关单元SMbciw的第二开关管S2门极的控制电平Sbciw，其中k的取值为2?N ;第N个比较器的输出通过第N个非门得到第一桥臂的第N+1个开关组Β_+1)的第j个功率开关单元 SMB0(N+1) j 的第二开关管S2门极的控制电平
Sbo (n+i) j ; 第二桥臂的第k个调制波Rsbk+Rd()k与第j个载波Cj通过第N+k个比较器，当第二桥臂的第k个调制波Rsbk+Rd。,大于第j个载波&时，第N+k个比较器输出高电平，当第二桥臂的第k个调制波Rsbk+Rd。,小于第j个载波Cj时，第N+k个比较器输出低电平，其中k的取值为I?N ;第N+1个比较器的输出作为第二桥臂的第I个开关组B11的第j个功率开关单元SMbiu的第二开关管S2门极的控制电平Sbuj ;第Ν+k-l个比较器的输出通过第Ν+k-l个非门，第Ν+k-l个非门的输出与第N+k个比较器的输出通过第N-1+k-l个异或门得到第二桥臂的第k个开关组Blk的第j个功率开关单元SMbiw的第二开关管(S2)门极的控制电平Sbiw，其中k的取值为2?N ;第2*N个比较器的输出通过第2*N个非门得到第二桥臂的第N+1个开关组B1 _)的第j个功率开关单元SMbi (N+1) j 的第二开关管S2门极的控制电平
Sbi (n+i) j ° 每个开关组的每个功率开关单元中第二开关管(S2)门极的控制电平反相后得到该功率开关单元中第一开关管(S1)门极的控制电平。
[0033]所述控制方法可以保证所述变换器的每个桥臂在每一时刻有η个功率开关单元的输出电压uSM = Ε，Ν*η个功率开关单兀的输出电压Usm = 0，即满足= ^Cl
和= Uci，其中uB(li为第一桥臂的第i个开关组的输出电压，uBli为第二桥臂的第i个开关组的输出电压，E为第一桥臂和第二桥臂的每个开关组的每个功率开关单元的第二电容Csm的电压，且有E = Ua/n，即功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流母线电压的1/η，同时能保证变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题。
[0034]以八开关组MMC AC-AC变换器(N = 3)为例，包括2个交流输入和I个感性负载。图5a示出其工作于同频工作模式下第一桥臂的第I个调制波RSal+Rd()1、第一桥臂的第2个调制波RSa2+Rd()2、第一桥臂的第3个调制波RSa3+Rd()3与第j个载波Cj的关系。从图5a可以看出，第一桥臂的第I个正弦波Rsal、第一桥臂的第2个正弦波Rsa2和第一桥臂的第3个正弦波Rsa3的频率相同，幅值不相同。图5b示出其工作于异频工作模式下第一桥臂的第I个调制波RSal+Rd()1、第一桥臂的第2个调制波RSa2+Rd()2、第一桥臂的第3个调制波RSa3+Rd()3与第j个载波Cj的关系。从图5b可以看出，第一桥臂的第I个正弦波Rsal、第一桥臂的第2个正弦波Rsa2和第一桥臂的第3个正弦波Rsa3的频率和幅值均不相同。第二桥臂的第I个调制波Rsbl+Rd()1、第二桥臂的第2个调制波Rsb2+Rd()2、第二桥臂的第3个调制波Rsb3+Rd()3与第j个载波&的关系和第一桥臂的的第I个调制波RSal+Rd()1、第一桥臂的第2个调制波RSa2+Rd()2、第一桥臂的第3个调制波RSa3+Rd()3与第j个载波&的关系完全相同。
[0035]以八开关组九电平MMC AC-AC变换器(N = 3，η = 4)为例，包括2个交流输入和I个感性负载。图6a为其工作于同频工作模式的仿真波形图，依次是第I个交流输入电源usl、第I个交流输入电源转变后的多电平输入Uss1、第2个交流输入电源uS2、第2个交流输入电源转变后的多电平输入Uss2、交流输出电压Uli3、交流输出电流iu,从图6a可见第I个交流输入电源Us1、第2个交流输入电源uS2和交流输出uS3的频率相同，幅值不相同；图6b为其工作于异频工作模式的仿真波形图，依次是第I个交流输入电源usl、第I个交流输入电源转变后的多电平输入Uss1、第2个交流输入电源uS2、第2个交流输入电源转变后的多电平输入uSS2、交流输出电压Uu、交流输出电流，从图6b可见第I个交流输入电源usl、第2个交流输入电源uS2和交流输出uS3的频率和幅值均不相同。
[0036]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.2N+2开关组MMC AC-AC变换器，其特征在于:包括N个输入/输出、第一桥臂、第二桥臂和第一电容(C1);所述输入/输出为输入或输出，输入是交流输入，输出是感性负载；所述第一桥臂由N+1个开关组(Bc^ Bc^…、Btl0w))和2个电感(Ztll^2)串联而成，所述第二桥臂由N+1个开关组(Bn、B12、.'Bl0w))和2个电感(Zn、Z12)串联而成；第一桥臂的第i个开关组(Btli)由η个功率开关单元(SMBCIil、SMBCIi2、…、SM_)串联而成，第二桥臂的第i个开关组(Bli)由η个功率开关单元(SMBlil、SMBli2、->SMBlin)串联而成，其中i的取值为fN+Ι ；N>2，n为正整数。
2.根据权利要求1所述的2N+2开关组MMCAC-AC变换器，其特征在于:第一桥臂的两个电感(Zc^Zci2)相互稱合,构成一对稱合电感；第二桥臂的两个电感(Z11A12)相互稱合，构成一对稱合电感。
3.根据权利要求1所述的2N+2开关组MMCAC-AC变换器，其特征在于:第一桥臂的第I个开关组(Btll)的下端(P)与第一桥臂中2个电感的第一电感(Ztll)的一端连接，第一桥臂的第一电感(Ztll)的另一端与第一桥臂的第2个开关组(Btl2)的上端(ο)连接；第一桥臂的第i个开关组(Btli)的下端与第一桥臂的第i+Ι个开关组(Bckw))的上端连接，其中i的取值为2?N-1 ;第一桥臂的第N个开关组(Bcin)的下端与第一桥臂的第二电感(Zci2)的一端连接，第一桥臂的第二电感(A2)的另一端与第一桥臂的第N+1个开关组(Btl0w))的上端连接；第二桥臂的电路结构与第一桥臂的电路结构完全一致；第k个输入/输出的两端分别与第一桥臂的第k+Ι个开关组(Btl0rt))的上端、第二桥臂的第k+Ι个开关组(B1(k+1))的上端连接，其中k的取值为fN-1 ;第N个输入/输出的两端分别与第一桥臂的第N个开关组(Bcin)的下端、第二桥臂的第N个开关组(Bin)的下端连接；第一桥臂的第I个开关组(Btll)的上端与第二桥臂的第I个开关组(B11)的上端、第一电容(C1)的正极连接，第一电容(C1)的负极与第一桥臂的第N个开关组(Bcin)的下端、第二桥臂的第N个开关组(Bin)的下端、地端(们连接。
4.根据权利要求1所述的2N+2开关组MMCAC-AC变换器，其特征在于:当第k个输入/输出为交流输入时，该交流输入由交流输入电源与输入电感构成，交流输入电源的一端与输入电感的一端连接，交流输入电源的另一端作为该交流输入的一端，输入电感的另一端作为该交流输入的另一端，其中k的值为ΓΝ ;当第k个输入/输出为感性负载时，该感性负载由输出电阻与输出电感构成，输出电阻的一端与输出电感的一端连接，输出电阻的另一端作为该感性负载的一端，输出电感的另一端作为该感性负载的另一端。
5.根据权利要求1所述的2N+2开关组MMCAC-AC变换器，其特征在于:功率开关单元包括第一开关管(&)、第二开关管(?)、第一二极管(A)、第二二极管(久)和第二电容 ，其中，第二电容的正极与第一开关管(兄)的集电极、第一二极管(A)的阴极连接，第一开关管(S1)的发射极与第一二极管(A)的阳极、第二开关管(?)的集电极、第二二极管(久)的阴极连接，第二开关管(?)的发射极与第二二极管(久)的阳极、第二电容(G#)的负极连接；第二开关管(?)的集电极作为第一输出端，第二开关管(?)的发射极作为第二输出端。
6.根据权利要求1所述的2Ν+2开关组MMCAC-AC变换器，其特征在于:第一桥臂的第i个开关组(Btli)的第j个功率开关单元(SMbciu)的第二输出端与第一桥臂的第i个开关组(B0i)的第j+Ι个功率开关单元(SMbm(w))的第一输出端连接，其中j取值为fn-1，i取值为fN+1 ;第二桥臂的第i个开关组(Bli)的第j个功率开关单元(SMbiu)的第二输出端与第一桥臂的第i个开关组(Bli)的第j+Ι个功率开关单元(SMB1m+1))的第一输出端连接。
7.根据权利要求1所述的2N+2开关组MMCAC-AC变换器，其特征在于:工作模式包括同频工作模式和异频工作模式，同频工作模式中，N个交流输入或输出的频率相同，幅值不相同；异频工作模式中，N个交流输入或输出的频率和幅值均不同，用于权利要求1所述的2N+2开关组MMC AC-AC变换器的控制方法，其特征在于:采用载波移相PWM控制第一桥臂的每个开关组(Btli)和第二桥臂的每个开关组(Bli)的每个开关管的开通与关断，其中i取值为fN+Ι ;第一桥臂的第i个开关组(Btli)的第j个功率开关单元(SMbciu)和第二桥臂的第i个开关组(Bli)的第j个功率开关单元(SMbiu)均采用相同三角波作为第j个载波其中j的取值为l"n ;η个载波…、Crn)依次滞后相角360° /n;第k个输入/输出的第一桥臂的端(?)采用第一桥臂的第k个正弦波&叠加第k个直流偏置得到第一桥臂的第k个调制波&，其中k的取值为1、;第k个输入/输出的第二桥臂的端(bk)采用第二桥臂的第k个正弦波&ω叠加第k个直流偏置得到第二桥臂的第k个调制波Rsbk—Rdok ;第一桥臂的第k个正弦波TtU和第二桥臂的第k个正弦波&M相位相差180°。
8.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于:第一桥臂的第k个调制波&3,+/?-与第j个载波Cj通过第k个比较器，当第一桥臂的第k个调制波大于第j个载波Cj时，第k个比较器输出高电平，当第一桥臂的第k个调制波/Pfei+/?-小于第j个载波Cj时，第k个比较器输出低电平，其中k的取值为1、；第I个比较器的输出作为第一桥臂的第I个开关组(Btll)的第j个功率开关单元(SMbciu)的第二开关管(?)门极的控制电平(5__/)；第k-Ι个比较器的输出通过第k-Ι个非门，第k-1个非门的输出与第k个比较器的输出通过第k-Ι个异或门得到第一桥臂的第k个开关组(Btlk)的第j个功率开关单元(SMbciw)的第二开关管(?)门极的控制电平(5^.)，其中k的取值为2、个比较器的输出通过第N个非门得到第一桥臂的第N+1个开关组(Btl0w))的第j个功率开关单元(SMBCI(N+1)j)的第二开关管(?)门极的控制电平;第二桥臂的第k个调制波<?+/?-与第j个载波?.通过第N+k个比较器，当第二桥臂的第k个调制波大于第j个载波?.时，第N+k个比较器输出高电平，当第二桥臂的第k个调制波^^+/?-小于第j个载波?.时，第N+k个比较器输出低电平，其中k的取值为1、;第N+1个比较器的输出作为第二桥臂的第I个开关组(B11)的第j个功率开关单元(SMmj)的第二开关管(?)门极的控制电平CS^.);第N+k-1个比较器的输出通过第Ν+k-l个非门，第Ν+k-l个非门的输出与第N+k个比较器的输出通过第N-1+k-l个异或门得到第二桥臂的第k个开关组(Blk)的第j个功率开关单元(SMbiw)的第二开关管(?)门极的控制电平其中k的取值为2、;第2*N个比较器的输出通过第2*N个非门得到第二桥臂的第N+1个开关组(B1(N+1))的第j个功率开关单元(SMB1(N+1)j)的第二开关管(? )门极的控制电平(Sbunh)
9.每个开关组的每个功率开关单元中第二开关管(?)门极的控制电平反相后得到该功率开关单元中第一开关管(兄)门极的控制电平。
【文档编号】H02M5/458GK104201906SQ201410385037
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】张波, 付坚, 丘东元 申请人:华南理工大学