CN106208131B - 用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构 - Google Patents

用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构 Download PDF

Info

Publication number
CN106208131B
CN106208131B CN201610584241.4A CN201610584241A CN106208131B CN 106208131 B CN106208131 B CN 106208131B CN 201610584241 A CN201610584241 A CN 201610584241A CN 106208131 B CN106208131 B CN 106208131B
Authority
CN
China
Prior art keywords
terminal
group
power switch
electronic power
feedback diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610584241.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106208131A (zh
Inventor
陆畅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pingdingshan Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Pingdingshan Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pingdingshan Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd filed Critical Pingdingshan Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Priority to CN201610584241.4A priority Critical patent/CN106208131B/zh
Publication of CN106208131A publication Critical patent/CN106208131A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106208131B publication Critical patent/CN106208131B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/60—Planning or developing urban green infrastructure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/40—Fuel cell technologies in production processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构，具体包括12组电力电子开关、2个直流母线电容、6个反馈二极管、以及3个钳位电容。本发明的多电平变流器拓扑结构，通过增加功率开关的开关模式数量，减小了飞跨电容电压均衡控制的难度，提高了控制灵活性；可以采用正弦波PWM调制实现逆变器功能，有利于飞跨电容电压的平衡控制，在光伏发电***、微电网、风力发电、燃料电池并网发电***、主动配电网等场合均有广阔的应用前景。

Description

用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构
技术领域
本发明属于基于电力电子装置的新能源电力***和主动配电网***，具体涉及一种可用于新能源接入和主动配电网的多电平拓扑结构。
背景技术
电力电子技术自上个世纪50年代诞生以来，经过半个多世纪的飞速发展，至今已被广泛应用于需要电能变换的各个领域。在低压小功率的用电领域，电力电子技术的各个方面己渐趋成熟，将来的研究目标是高功率密度、高效率、高性能；而在高压大功率的输配电领域，各个方面的技术正成为当今电力电子技术的研究重点。灵活交流输电、高压直流输电、高压大电机的变频调速等都离不开大功率的电力电子装置。
在实现大功率变换的几种解决方案中，多电平变换器因其具有小的输出波形总畸变率(THD)、低的器件电压应力和低的***电磁干扰(EMI)等优点而受到工业界的青睐。多电平变换器的概念最早是由A.Nabea等人在1980年IEEE工业应用学会年会上提出的，该电路用两个串联的电容将直流母线电压分为三个电平，每个桥臂用四个开关管串联，用一对串联钳位二极管和内侧开关管并联，其中，心抽头和第三电平连接，实现中点钳位，形成所谓中点钳位(NPC—Neural Point Clamped)变换器。在这个电路中，主功率管关断时仅仅承受直流母线电压的一半，所以特别适合高压大功率应用场合。1983年，Bhagwat等人在此基础上，将三电平电路推广到任意n电平，对NPC电路及其统一结构作了进一步的研究，这些工作为高压大功率变换器的研究提供了新的思路。从多电平变换器概念的提出至今，在短短二十多年的时间里，电力电子变流器在新能源电力***和主动配电网中的应用得到进一步发展，但适应新能源接入和主动配电网的技术需求的还比较少。
发明内容
本发明的目的是为了适应新能源接入和主动配电网的技术需求，提出一种用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构，通过增加功率开关的开关模式数量，减小了飞跨电容电压均衡控制的难度，提高了控制灵活性。
本发明的技术方案为：一种用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构，具体包括12组电力电子开关、2个直流母线电容、6个反馈二极管、以及3个钳位电容，其中，所述的电力电子开关包括一个三极管和一个钳位二极管，所述三极管的集电极与所述钳位二极管的阴极相连作为所述电力电子开关的第一端子，所述三极管的发射极与所述钳位二极管的阳极相连作为所述电力电子开关的第二端子，所述三极管的基极接外部的PWM控制信号；所述第一组电力电子开关的第一端子、第二组电力电子开关的第一端子、第三组电力电子开关的第一端子与第一直流母线电容的第一端相连接，作为所述拓扑结构的第一输入端；
所述第一组电力电子开关的第二端子、第四组电力电子开关的第一端子、第一反馈二极管的阴极与第一钳位电容的第一端相连；所述第二组电力电子开关的第二端子、第五组电力电子开关的第一端子、第二反馈二极管的阴极与第二钳位电容的第一端相连；所述第三组电力电子开关的第二端子、第六组电力电子开关的第一端子、第三反馈二极管的阴极与第三钳位电容的第一端相连；所述第一反馈二极管的阳极、第二反馈二极管的阳极、第三反馈二极管的阳极、第四反馈二极管的阴极、第五反馈二极管的阴极、第六反馈二极管的阴极与第一直流母线电容的第二端相连接；
所述第四组电力电子开关的第二端子与第七组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第一输出端；所述第五组电力电子开关的第二端子与第八组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第二输出端；所述第六组电力电子开关的第二端子与第九组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第三输出端；
所述第一钳位电容的第二端、第四反馈二极管的阳极、第七组电力电子开关的第二端子与第十组电力电子开关的第一端子相连；所述第二钳位电容的第二端、第五反馈二极管的阳极、第八组电力电子开关的第二端子与第十一组电力电子开关的第一端子相连；所述第三钳位电容的第二端、第六反馈二极管的阳极、第九组电力电子开关的第二端子与第十二组电力电子开关的第一端子相连；
所述第一反馈二极管的阳极、第二反馈二极管的阳极、第三反馈二极管的阳极、第一直流母线电容的第二端与第二直流母线电容的第一端相连接；第二直流母线电容的第二端与第十组电力电子开关的第二端子、第十一组电力电子开关的第二端子和第十二组电力电子开关的第二端子相连，作为所述拓扑结构的第二输入端。
本发明的有益效果：本发明的多电平变流器拓扑结构，通过增加功率开关的开关模式数量，减小了飞跨电容电压均衡控制的难度，提高了控制灵活性；可以采用正弦波PWM调制实现逆变器功能，有利于飞跨电容电压的平衡控制，在光伏发电***、微电网、风力发电、燃料电池并网发电***、主动配电网等场合均有广阔的应用前景。
附图说明
图1本发明实施例的多电平变流器拓扑结构，其中，12组电力电子开关分别为Qa1、Qb1、Qc1、Qa2、Qb2、Qc2、Qa3、Qb3、Qc3、Qa4、Qb4、Qc4，2个直流母线电容分别为Cd1、Cd2，6个反馈二极管分别为Da2、Db2、Dc2、Da3、Db3、Dc3，3个钳位电容Cxa、Cxb、Cxc。
图2本发明实施例的多电平变流器拓扑结构的钳位电容充电回路1示意图。
图3本发明实施例的多电平变流器拓扑结构的钳位电容充电回路2示意图。
图4本发明实施例的多电平变流器拓扑结构的钳位电容放电回路1示意图。
图5本发明实施例的多电平变流器拓扑结构的钳位电容放电回路2示意图。
图6本发明实施例的多电平变流器拓扑结构的钳位电容放电回路3示意图。
图7本发明实施例的多电平变流器拓扑结构的钳位电容放电回路4示意图。
图8本发明实施例的多电平变流器拓扑结构的钳位电容放电回路5示意图。
图9采用SPWM方式的多电平变流器拓扑结构的调制模块示意图。
图10本发明实施例的SPWM控制方式下A相桥臂输出中点电压仿真波形示意图。
图11本发明实施例的SPWM控制方式下线电压Uab仿真波形示意图。
图12多电平变流器拓扑结构的直流母线电容Cd1和Cd2的电压示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1给出了本发明实施例的多电平变流器拓扑结构，具体包括12组电力电子开关Qa1、Qb1、Qc1、Qa2、Qb2、Qc2、Qa3、Qb3、Qc3、Qa4、Qb4、Qc4、2个直流母线电容Cd1、Cd2、6个反馈二极管Da2、Db2、Dc2、Da3、Db3、Dc3、以及3个钳位电容Cxa、Cxb、Cxc，其中，电力电子开关包括一个三极管和一个钳位二极管，所述三极管的集电极与所述钳位二极管的阴极相连作为所述电力电子开关的第一端子，所述三极管的发射极与所述钳位二极管的阳极相连作为所述电力电子开关的第二端子，所述三极管的基极接外部的PWM控制信号。
所述第一组电力电子开关Qa1的第一端子、第二组电力电子开关Qb1的第一端子、第三组电力电子开关Qc1的第一端子与第一直流母线电容Cd1的第一端相连接，作为所述拓扑结构的第一输入端。
所述第一组电力电子开关Qa1的第二端子、第四组电力电子开关Qa2的第一端子、第一反馈二极管Da2的阴极与第一钳位电容Cxa的第一端相连；所述第二组电力电子开关Qb1的第二端子、第五组电力电子开关Qb2的第一端子、第二反馈二极管Db2的阴极与第二钳位电容Cxb的第一端相连；所述第三组电力电子开关Qc1的第二端子、第六组电力电子开关Qc2的第一端子、第三反馈二极管Dc2的阴极与第三钳位电容Cxc的第一端相连；所述第一反馈二极管Da2的阳极、第二反馈二极管Db2的阳极、第三反馈二极管Dc2的阳极、第四反馈二极管Da3的阴极、第五反馈二极管Db3的阴极、第六反馈二极管Qc3的阴极与第一直流母线电容Cd1的第二端相连接。
所述第四组电力电子开关Qa2的第二端子与第七组电力电子开关Qa3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第一输出端；所述第五组电力电子开关Qb2的第二端子与第八组电力电子开关Qb3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第二输出端；所述第六组电力电子开关Qc2的第二端子与第九组电力电子开关Qc3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第三输出端。
所述第一钳位电容Cxa的第二端、第四反馈二极管Da3的阳极、第七组电力电子开关Qa3的第二端子与第十组电力电子开关Qa4的第一端子相连；所述第二钳位电容Cxb的第二端、第五反馈二极管Db3的阳极、第八组电力电子开关Qb3的第二端子与第十一组电力电子开关Qb4的第一端子相连；所述第三钳位电容Cxc的第二端、第六反馈二极管Dc3的阳极、第九组电力电子开关Qc3的第二端子与第十二组电力电子开关Qc4的第一端子相连。
Da2、Db2、Dc2的阳极、Cd1的第二端与Cd2的第一端相连接；Cd2的第二端与第十组电力电子开关Qa4的第二端子、第十一组电力电子开关Qb4的第二端子和第十二组电力电子开关Qc4的第二端子相连，作为所述拓扑结构的第二输入端。
需要说明的是：电力电子开关中每个三极管的基极都是接的不同控制信号，由PWM调制过程决定，对于本领域技术人员来说，是显而易见的，不再详细说明。
不同于传统的二极管钳位型三电平逆变器，为了使得中点电位更加容易实现平衡，引入了钳位电容，如图1中的Cxa、Cxb、Cxc所示，钳位电容的引入使得每个桥臂的第二个和第三个功率管不能同时导通，否则会出现钳位电容回路短路的情况。因此，三个电平P、O、N中的O电平可以通过两种开关方式得到，每一个桥臂的开关状态由原来的三个增加到四个，这增加了***的控制灵活性。
调制方式采用空间矢量脉冲宽度调制技术(SVPWM)，其矢量状态由原来的27个增加到了现在的64个，再加上需要考虑保证钳位电容的顺利放电等因素，增加了其实现的困难。因此，需要设计出一种既具备SVPWM的优点，又简单可靠的控制方式对此拓扑结构的逆变器至关重要。
以A相为例，三个电平P、O、N中的O电平可以通过两种开关方式得到：一种方式是当开关管Qa1和Qa3同时导通、开关管Qa2和Qa4同时关断时；另一种是当开关管Qa2和Qa4同时导通、开关管Qa1和Qa3同时关断时。本实施例的结构中，开关器件IGBT的开关状态和输出电平的关系见表1。
表1各IGBT的开关状态与输出电平的关系
根据表1所示的混合多电平变流器开关模式表，以A相桥壁为例，对各个开关模式矢量详细描述如下：
矢量P：此时，Qa1、Qa2导通，Qa3、Qa4关断，如果Cxa的电压低于E/2，则Cd1将按照图2加粗的电路回路对Cxa进行充电。
零矢量OA：此时，Qa2、Qa4导通，Qa1、Qa3关断，如果Cxa的电压低于E/2，则Cd2将按照图3加粗的电路回路对Cxa进行充电。
零矢量OB：此时，Qa1、Qa3导通，Qa2、Qa4关断，如果Cxa的电压低于E/2，则Cd1将按照图2加粗的电路回路对Cxa进行充电。
矢量N：此时，Qa3、Qa4导通，Qa1、Qa2关断，如果Cxa的电压低于E/2，则Cd2将按照图3加粗的电路回路对Cxa进行充电。
当***正常运行时，指定相的钳位电容在该相处于OA或者OB状态时将有可能实现放电；在P或者N状态下将不能放电。
图4、图5、图6分别给出了三相混合钳位三电平逆变器钳位电容的放电回路，具体工作过程分析如下：
对于图4，若A相处于OA(0，1，0，1)状态，当钳位电容Cxa的电压高于E/2时，其可以沿着加粗显示回路进行放电；若A相处于P(1，1，0，0)状态，此时钳位电容的放电回路被直流母线电压E钳住而无法实现其顺利放电，只有当直流母线电压出现突然降低并在某一时刻小于钳位电容电压时才能实现放电。
对于图5，从图中可以看出，正常情况下钳位电容Cxa的放电回路被直流母线电压E钳住，只有当直流母线电压出现突然降低并在某一时刻小于钳位电容电压时才能实现放电。
对于图6，若A相处于OB状态(1，0，1，0)状态，当钳位电容Cxa的电压高于E/2时，其可以沿着加粗显示回路进行放电；若A相处于N(0，0，1，1)状态，此时钳位电容的放电回路被直流母线电压E钳住而无法实现其顺利放电，只有当直流母线电压出现突然降低并在某一时刻小于钳位电容电压时才能实现放电。
对于图7，若A相为OA状态而C相为OB状态，此时钳位电容Cxa放电回路中的线电压为零，当Cxa电压高于直流侧电容Cd2电压时，Cxa可以放电到Cd2并将部分多余电量消耗在电网上，另一部分充放到Cd2上的多余电量可以通过主电路的回路释放掉。此时C相不能为N状态，否则由于放电回路1的存在使得此放电回路无效。
对于图8，若A相为OB状态而C相为OA状态，此时钳位电容Cxa放电回路中的线电压为零，当Cxa电压高于直流侧电容C1电压时，Cxa可以放电到C1并将部分多余电量消耗在电网上，另一部分充放到C1上的多余电量可以通过主电路的回路释放掉。此时C相不能为P状态，否则由于放电回路3的存在使得此放电回路无效。
由以上分析可知，在逆变器运行过程中，通过不同回路的充电或者放电，可以使钳位电容Cxa上的电压维持在E/2附近。
对于二极管钳位式三电平逆变器，钳位电容的加入还有减轻功率开关器件过电压的作用。以A相为例，假设没有钳位电容Cxa的存在，当开关管Qa1关断时，由于线路中咱三电感的存在，在Qa1的两端就会产生感应电动势。但由于钳位二极管VD1存在，使得开关管Qa1两端的电压最终被钳位在电容Cd1的电压上，过电压不会维持；对于开关管Qa4，钳位的原理和开关管Qa1相同。但对于开关管Qa2和Qa3来说，情况有所不同，二极管Da2和Da3无法为其提供钳位通路(如果过电压超过直流电源电压E，则可以通过分压电容Cd1和Cd2放电，但这已超过开关管Qa2和Qa3的正常耐压水平了)，过电压就无法消除。
加入钳位电容Cxa后，由于Cxa分别和反馈二极管Da2或Da3构成了钳位电路，使得开关管Qa2或Qa3关断时产生的过电压被钳位(Cxa的电压和Cd1Cd2相同)。
由上述分析可知，在***正常运行状态下，混合钳位式多电平变流器存在以下几个特点：
(1)当A相处于开关状态OA时，B、C两相中只要存在开关状态N或者OB即可实现Cxa的放电。
(2)当A相处于开关状态OB时，B、C两相中只要存在开关状态P或者OA即可实现Cxa的放电。
(3)当A相处于状态P或者N时，只有在直流母线电压出现大幅突降时才有可能实现Cxa的放电。
满足上面三个条件的控制方法可以使得Cxa得以快速的充放电，从而可以保持中点电位和钳位电容电压的平衡。
结合对A相的分析，针对本发明提出的混合钳位式多电平变流器，可以得出三条比较通用的结论如下：
(1)当其中一相处于开关状态OA时，另外两相中只要存在开关状态N或者OB即可实现该相钳位电容的放电。
(2)当其中一相处于开关状态OB时，另外两相中只要存在开关状态P或者OA即可实现该相钳位电容的放电。
(3)当其中一相处于状态P或者N时，只有在直流母线电压出现大幅突降时才有可能实现该相钳位电容的放电。
由上述三条结论可知，在设计调制方法时，只要使尽可能多的开关状态满足这三条规律就可保证钳位电容顺利地充放电，从而可靠保证中点电位的平衡。
图9为采用SPWM方式的多电平变流器调制模块，首先将调制波ura与两个相位相差180°的三角载波CA1，CA2比较：若ura>CA1，则输出逻辑1；若ura≤CA1，则输出逻辑0。ura与CA2的比较同理。
如果两个逻辑输出相加为2，则输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝(1，1，0，0)，对应矢量P；
如果两个逻辑输出相加为0，则输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝1(0，0，1，)，对应矢量N；
如果两个逻辑输出相加为1，那么在判断调制波ura是否大于0：ura>0时，输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝(1，0，1，0)，对应矢量OB；ura≤0时，输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝(0，1，0，1)，对应矢量OA。
如图10所示为SPWM调制方式下，混合钳位式多电平变流器A相桥臂中点输出电压波形，桥臂输出+325V、0V和-325V三个电平电压。图11为A、B相之间的线电压Uab，可以看出，线电压输出具有±650V、±325V和0V五个电平电压。图12显示了直流母线电容Cd1和Cd2的电压，从图中可以看出，稳定运行时，Cd1、Cd2的电压始终保持在325V，上下波动不超过1V，为直流母线电压的一半。
上述分析结果表明，本发明实施例提出的混合钳位式多电平变流器拓扑结构，通过增加功率开关的开关模式数量，减小了飞跨电容电压均衡控制的难度，提高了控制灵活性。本发明提出的拓扑结构在光伏发电***、微电网、风力发电、燃料电池并网发电***、主动配电网等场合均有广阔的应用前景。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构，具体包括12组电力电子开关Qa1、Qb1、Qc1、Qa2、Qb2、Qc2、Qa3、Qb3、Qc3、Qa4、Qb4、Qc4、2个直流母线电容Cd1、Cd2、6个反馈二极管Da2、Db2、Dc2、Da3、Db3、Dc3、以及3个钳位电容Cxa、Cxb、Cxc，其中，所述的电力电子开关包括一个三极管和一个钳位二极管，所述三极管的集电极与所述钳位二极管的阴极相连作为所述电力电子开关的第一端子，所述三极管的发射极与所述钳位二极管的阳极相连作为所述电力电子开关的第二端子，所述三极管的基极接外部的PWM控制信号；第一组电力电子开关Qa1的第一端子、第二组电力电子开关Qb1的第一端子、第三组电力电子开关Qc1的第一端子与第一直流母线电容Cd1的第一端相连接，作为所述拓扑结构的第一输入端；
所述第一组电力电子开关Qa1的第二端子、第四组电力电子开关Qa2的第一端子、第一反馈二极管Da2的阴极与第一钳位电容Cxa的第一端相连；所述第二组电力电子开关Qb1的第二端子、第五组电力电子开关Qb2的第一端子、第二反馈二极管Db2的阴极与第二钳位电容Cxb的第一端相连；所述第三组电力电子开关Qc1的第二端子、第六组电力电子开关Qc2的第一端子、第三反馈二极管Qc2的阴极与第三钳位电容Cxc的第一端相连；所述第一反馈二极管Da2的阳极、第二反馈二极管Db2的阳极、第三反馈二极管Dc2的阳极、第四反馈二极管Da3的阴极、第五反馈二极管Db3的阴极、第六反馈二极管Qc3的阴极与第一直流母线电容Cd1的第二端相连接；
所述第四组电力电子开关Qa2的第二端子与第七组电力电子开关Qa3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第一输出端；所述第五组电力电子开关Qb2的第二端子与第八组电力电子开关Qb3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第二输出端；所述第六组电力电子开关Qc2的第二端子与第九组电力电子开关Qc3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第三输出端；
所述第一钳位电容Cxa的第二端、第四反馈二极管Da3的阳极、第七组电力电子开关Da3的第二端子与第十组电力电子开关Qa4的第一端子相连；所述第二钳位电容Cxb的第二端、第五反馈二极管Db3的阳极、第八组电力电子开关Qb3的第二端子与第十一组电力电子开关Qb4的第一端子相连；所述第三钳位电容Cxc的第二端、第六反馈二极管Dc3的阳极、第九组电力电子开关Qc3的第二端子与第十二组电力电子开关Qc4的第一端子相连；
所述第一反馈二极管Da2的阳极、第二反馈二极管Db2的阳极、第三反馈二极管Dc2的阳极、第一直流母线电容Cd1的第二端与第二直流母线电容Cd2的第一端相连接；第二直流母线电容Cd2的第二端与第十组电力电子开关Qa4的第二端子、第十一组电力电子开关Qb4的第二端子和第十二组电力电子开关Qc4的第二端子相连，作为所述拓扑结构的第二输入端；
B相和C相的开关状态与输出电平的关系与A相同理，在A相中，当为矢量P时，Qa1、Qa2导通，Qa3、Qa4关断，若Cxa的电压低于E/2，则Cd1对Cxa进行充电；其中，E表示直流电源电压；
当为零矢量OA时，Qa2、Qa4导通，Qa1、Qa3关断，若Cxa的电压低于E/2，则Cd2对Cxa进行充电；
当为零矢量OB时，Qa1、Qa3导通，Qa2、Qa4关断，若Cxa的电压低于E/2，则Cd1对Cxa进行充电；
当为矢量N时，Qa3、Qa4导通，Qa1、Qa2关断，若Cxa的电压低于E/2，则Cd2对Cxa进行充电；
Cxa分别和反馈二极管Da2或Da3构成了钳位电路，使开关管Qa2或Qa3关断时产生的过电压被钳位，Cxa的电压和Cd1Cd2相同；
采用SPWM方式进行调制，将调制波ura与两个相位相差180°的三角载波CA1，CA2比较：若ura>CA1，则输出逻辑1；若ura≤CA1，则输出逻辑0；ura与CA2的比较同理；
若两个逻辑输出相加为2，则输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝(1，1，0，0)，对应矢量P；
若两个逻辑输出相加为0，则输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝1(0，0，1，1)，对应矢量N；
如果两个逻辑输出相加为1，判断调制波ura是否大于0：ura>0时，输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝(1，0，1，0)，对应矢量OB；ura≤0时，输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝(0，1，0，1)，对应矢量OA。
CN201610584241.4A 2016-07-22 2016-07-22 用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构 Active CN106208131B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610584241.4A CN106208131B (zh) 2016-07-22 2016-07-22 用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610584241.4A CN106208131B (zh) 2016-07-22 2016-07-22 用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106208131A CN106208131A (zh) 2016-12-07
CN106208131B true CN106208131B (zh) 2019-10-22

Family

ID=57492264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610584241.4A Active CN106208131B (zh) 2016-07-22 2016-07-22 用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106208131B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109372698A (zh) * 2018-10-18 2019-02-22 明阳智慧能源集团股份公司 一种风力发电***
CN109742965A (zh) * 2019-01-11 2019-05-10 浙江大学 一种单相交错并联三电平谐振式的高频隔离型ac-dc变换器
CN113517817A (zh) * 2021-06-07 2021-10-19 燕山大学 三电平双向全桥llclc多谐振变换器拓扑

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101860319A (zh) * 2010-06-01 2010-10-13 华东交通大学 一种多目标的大功率逆变器共模电压抑制方法
CN103560674A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 南京航空航天大学 一种三相三电平llc谐振直流变换器及其控制方法
CN104883084A (zh) * 2015-05-26 2015-09-02 清华大学 一种中点箝位型级联h桥混合多电平变流器
CN205945092U (zh) * 2016-07-22 2017-02-08 国网河南省电力公司平顶山供电公司 一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101860319A (zh) * 2010-06-01 2010-10-13 华东交通大学 一种多目标的大功率逆变器共模电压抑制方法
CN103560674A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 南京航空航天大学 一种三相三电平llc谐振直流变换器及其控制方法
CN104883084A (zh) * 2015-05-26 2015-09-02 清华大学 一种中点箝位型级联h桥混合多电平变流器
CN205945092U (zh) * 2016-07-22 2017-02-08 国网河南省电力公司平顶山供电公司 一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN106208131A (zh) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104009666B (zh) 用于产生三相电流的方法和设备
CN105811771B (zh) 一种基于mmc隔离型dc/dc变换器开关损耗的确定方法
CN111064378B (zh) 一种五电平混合中点钳位变换器
CN110247568B (zh) 一种三相二极管钳位型三电平双输出逆变器拓扑结构
CN108599604B (zh) 一种单相七电平逆变电器及其pwm信号调制方法
Xu et al. A novel H6-type transformerless inverter for grid-connected photovoltaic application
CN103326606A (zh) 一种单相五电平逆变器
CN106208131B (zh) 用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构
CN105305861B (zh) 一种级联多电平逆变器
CN101958653A (zh) 应用于风电并网的电流型多电平变流***
CN115987125A (zh) 一种电平数翻倍的混合型mmc及其调制方法
CN109347335B (zh) 一种适用于电流源控制的模块化多电平换流器桥臂拓扑
CN202183738U (zh) 自生成级联电源的级联型多电平逆变电路
CN202563019U (zh) 一种检测海上风电柔性直流输电变流器特性的试验***
CN102118035B (zh) 一种并网逆变器
CN116545285A (zh) 一种含t型高频结构的混合器件四电平变换器及spwm混频调制控制方法
Batool et al. A study of asymmetrical multilevel inverter topologies with less number of devices and low THD: a review
Liao et al. Analysis on topology derivation of single-phase transformerless photovoltaic grid-connect inverters
CN205945092U (zh) 一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路
CN103326397B (zh) 一种混合频率控制的统一电能质量控制器
Raj et al. Nine-level inverter with lesser number of power semiconductor switches using dSPACE
CN112564526A (zh) 一种三相t型三电平双输出逆变器
CN201860122U (zh) 应用于风电并网的电流型多电平变流装置
Varghese et al. Design of a new five level MLM based multilevel inverter
CN114710015B (zh) 一种多输出模式逆变器及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant