3n+3開(kāi)關(guān)組mmc ac-ac變換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供3N+3開(kāi)關(guān)組MMC?AC-AC變換器。變換器由N個(gè)三相交流輸入/輸出、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第一電容構(gòu)成；第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂均由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組和兩個(gè)電感串聯(lián)而成；每個(gè)開(kāi)關(guān)組均由n個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元串聯(lián)而成；每個(gè)三相感性負(fù)載的三端作為每個(gè)三相交流輸出；N>2，n為正整數(shù)。該變換器采用載波移相PWM控制，每個(gè)三相交流輸出轉(zhuǎn)換為線電壓為2n+1電平的交流輸入，經(jīng)AC-AC變換為線電壓為2n+1電平的交流輸出給負(fù)載供電，且MMC功率開(kāi)關(guān)單元中每個(gè)開(kāi)關(guān)管承受的電壓應(yīng)力僅為直流電源電壓的1/n，解決了開(kāi)關(guān)管的均壓?jiǎn)栴}，適合高壓和大功率場(chǎng)合的應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 3N+3開(kāi)關(guān)組IVIMC AC-AC變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及模塊組合多電平變換器(MMC)領(lǐng)域，具體涉及一種3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前功率整流器正向小型化、高可靠性和低損耗方向發(fā)展，在這種趨勢(shì)下出現(xiàn)兩種改進(jìn)整流器的方向:減少無(wú)源器件或者改進(jìn)整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以減少有源器件作為減少有源器件方向的新進(jìn)展。三相3N+3開(kāi)關(guān)AC-AC變換器相對(duì)于傳統(tǒng)的6N開(kāi)關(guān)變換器減少了3N-3個(gè)開(kāi)關(guān)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，在考慮成本與體積的應(yīng)用中占有一定的優(yōu)勢(shì)。然而，3N+3開(kāi)關(guān)AC-AC變換器的每路輸入輸出均為三電平，輸入輸出交流波形比較差。此外，3N+3個(gè)開(kāi)關(guān)中每個(gè)開(kāi)關(guān)承受的電壓應(yīng)力為直流母線電壓的一半，且存在3N+3個(gè)開(kāi)關(guān)管的均壓?jiǎn)栴}，這極大的限制了三相3N+3開(kāi)關(guān)AC-AC變換器在高壓和大功率場(chǎng)合的應(yīng)用。
[0003]近年來(lái)，多電平變換技術(shù)得到不斷推廣，并已成功應(yīng)用在諸如高壓直流輸電、電力傳動(dòng)、有源濾波、靜止同步補(bǔ)償?shù)裙I(yè)領(lǐng)域，目前常見(jiàn)的電壓型多電平變換器拓?fù)浯笾驴煞譃橄湮恍秃蛦卧?jí)聯(lián)型兩大類(lèi)。模塊組合多電平變換器(ModularMultilevelConverter,MMC)作為一種新型的多電平拓?fù)?，除了具有傳統(tǒng)多電平變換器的優(yōu)點(diǎn)，模塊組合多電平變換器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和冗余工作；具有不平衡運(yùn)行能力、故障穿越和恢復(fù)能力，系統(tǒng)可靠性高；由于具有公共直流母線，模塊組合多電平變換器尤其適用于高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用。然而，當(dāng)N條不同頻率的三相交流線路的相連時(shí)，需要2N個(gè)MMC變換器，這極大的增加了工程成本。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種3N+3開(kāi)關(guān)組MMCAC-AC變換器。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器包括N個(gè)三相交流輸入/輸出、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第一電容；所述三相交流輸入/輸出為三相交流輸入或三相交流輸出，三相交流輸出為三相感性負(fù)載；所述第一橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組和2個(gè)電感串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組和2個(gè)電感串聯(lián)而成，所述第三橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組和2個(gè)電感串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元串聯(lián)而成，第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元串聯(lián)而成，其中i的取值為I?N+1 ；Ν>2, η為正整數(shù)。
[0006]第一橋臂的兩個(gè)電感相互耦合，構(gòu)成一對(duì)耦合電感；第二橋臂的兩個(gè)電感相互耦合，構(gòu)成一對(duì)稱(chēng)合電感；第三橋臂的兩個(gè)電感相互稱(chēng)合，構(gòu)成一對(duì)稱(chēng)合電感。
[0007]當(dāng)?shù)趉個(gè)三相交流輸入/輸出為三相交流輸入時(shí)，該三相交流輸入包括U相交流輸入電源、V相交流輸入電源、W相交流輸入電源、U相交流輸出電感、V相交流輸出電感和W相交流輸出電感，U相交流輸入電源的一端與V相交流輸入電源、W相交流輸入電源連接，U相交流輸入電源的另一端與U相交流輸出電感的一端連接，U相交流輸入電感的另一端作為該三相交流輸入的端，V相交流輸入電源的另一端與V相交流輸出電感的一端連接，V相交流輸入電感的另一端作為該三相交流輸入的端，W相交流輸入電源的另一端與W相交流輸出電感的一端連接，W相交流輸入電感的另一端作為該三相交流輸入的端,其中k的取值為I?N ;當(dāng)?shù)趉個(gè)三相交流輸入/輸出為三相感性負(fù)載時(shí)，該三相感性負(fù)載包括u相電阻、V相電阻、w相電阻、u相交流輸出電感、V相交流輸出電感和w相交流輸出電感，u相電阻的一端與V相電阻的一端、w相電阻的一端連接，u相電阻的另一端與u相交流輸出電感的一端連接，U相交流輸出電感的另一端作為該三相感性負(fù)載的端，V相電阻的另一端與V相交流輸出電感的一端連接，V相交流輸出電感的另一端作為該三相感性負(fù)載的端，W相電阻的另一端與W相交流輸出電感的一端連接，W相交流輸出電感的另一端作為該三相感性負(fù)載的端。
[0008]第一橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端與第一橋臂中2個(gè)電感的第一電感的一端連接，第一橋臂的第一電感的另一端與第一橋臂的第2個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端連接；第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端與第一橋臂的第i+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端連接，其中i的取值為2?N-1 ;第一橋臂的第N個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端與第一橋臂的第二電感的一端連接，第一橋臂的第二電感的另一端與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端連接；第二橋臂的電路結(jié)構(gòu)、第三橋臂的電路結(jié)構(gòu)與第一橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致；第k個(gè)三相交流輸入/輸出的三端分別與第一橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端、第二橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端、第三橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端連接，其中k的取值為I?N-1 ;第N個(gè)三相交流輸入/輸出的三端與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端、第二橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端連接、第三橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端連接；第一橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端與第二橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端、第三橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組的上端、第一電容的正極連接，第一電容的負(fù)極與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端、第二橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端、第三橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的下端、地端連接。
[0009]功率開(kāi)關(guān)單元包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一二極管、第二二極管和第二電容。其中，第二電容的正極與第一開(kāi)關(guān)管的集電極、第一二極管的陰極連接，第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極與第一二極管的陽(yáng)極、第二開(kāi)關(guān)管的集電極、第二二極管的陰極連接，第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極與第二二極管的陽(yáng)極、第二電容的負(fù)極連接；第二開(kāi)關(guān)管的集電極作為第一輸出端，第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極作為第二輸出端。
[0010]第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二輸出端與第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第一輸出端連接，其中j取值為I?n-1，i取值為I?N+1 ;第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二輸出端與第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第一輸出端連接；第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二輸出端與第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第一輸出端連接。
[0011]采用載波移相PWM控制每個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷；第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元、第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元和第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元均采用相同三角波作為第j個(gè)載波Cp其中j的取值為I?η ；η個(gè)載波依次滯后相角360° /n ;第k個(gè)三相交流輸入/輸出的第一橋臂的端米用第一橋臂的第k個(gè)正弦波Rsuk疊加第k個(gè)直流偏置Rdtjk得到第一橋臂的第k個(gè)調(diào)制波Rsuk+Rd()k，其中k的取值為I~N ;第k個(gè)三相交流輸入/輸出的第二橋臂的端采用第二橋臂的第k個(gè)正弦波Rsvk疊加第k個(gè)直流偏置Rdtjk得到第二橋臂的第k個(gè)調(diào)制波RSvk+Rd。，;第k個(gè)三相交流輸入/輸出的第三橋臂的端采用第三橋臂的第k個(gè)正弦波Rswk疊加第k個(gè)直流偏置Rdtjk得到第三橋臂的第k個(gè)調(diào)制波RSwk+Rd()k;第一橋臂的第k個(gè)正弦波Rsuk、第二橋臂的第k個(gè)正弦波Rsvk和第三橋臂的第k個(gè)正弦波Rswk相位依次相差120°。
[0012]第一橋臂的第k個(gè)調(diào)制波Rsuk+Rd()k與第j個(gè)載波Cj通過(guò)第k個(gè)比較器，當(dāng)?shù)谝粯虮鄣牡趉個(gè)調(diào)制波Rsuk+Rd()k大于第j個(gè)載波&時(shí)，第k個(gè)比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)谝粯虮鄣牡趉個(gè)調(diào)制波Rsuk+Rd。,小于第j個(gè)載波Cj時(shí)，第k個(gè)比較器輸出低電平，其中k的取值為I~N ;第I個(gè)比較器的輸出作為第一橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平；第k-Ι個(gè)比較器的輸出通過(guò)第k-Ι個(gè)非門(mén)，第k-1個(gè)非門(mén)的輸出與第k個(gè)比較器的輸出通過(guò)第k-Ι個(gè)異或門(mén)得到第一橋臂的第k個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平，其中k的取值為2~N ;第N個(gè)比較器的輸出通過(guò)第N個(gè)非門(mén)得到第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平；第二橋臂的第k個(gè)調(diào)制波RSvk+Rd()k與第j個(gè)載波&通過(guò)第N+k個(gè)比較器，當(dāng)?shù)诙虮鄣牡趉個(gè)調(diào)制波RSvk+Rd。,大于第j個(gè)載波Cj時(shí)，第N+k個(gè)比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)诙虮鄣牡趉個(gè)調(diào)制波RSvk+Rd()k小于第j個(gè)載波Cj時(shí)，第N+k個(gè)比較器輸出低電平，其中k的取值為I~N ;第N+1個(gè)比較器的輸出作為第二橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平；第奸1^-1個(gè)比較器的輸出通過(guò)第Ν+k-l個(gè)非門(mén)，第Ν+k-l個(gè)非門(mén)的輸出與第N+k個(gè)比較器的輸出通過(guò)第N-1+k-l個(gè)異或門(mén)得到第二橋臂的第k個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平，其中k的取值為2~N ;第2*N個(gè)比較器的輸出通過(guò)第2*N個(gè)非門(mén)得到第二橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平；第三橋臂的第k個(gè)調(diào)制波RSwk+Rd。,與第j個(gè)載波Cj通過(guò)第2*N+k個(gè)比較器，當(dāng)?shù)谌龢虮鄣牡趉個(gè)調(diào)制波RSwk+Rd。,大于第j個(gè)載波Cj時(shí)，第2*N+k個(gè)比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)谌龢虮鄣牡趉個(gè)調(diào)制波RSwk+Rd。,小于第j個(gè)載波Cj時(shí)，第2*N+k個(gè)比較器輸出低電平，其中k的取值為I~N ;第2*N+1個(gè)比較器的輸出作為第三橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平；第2*N+k-l個(gè)比較器的輸出通過(guò)第2*N+k-l個(gè)非門(mén)，第2*N+k-l個(gè)非門(mén)的輸出與第2*N+k個(gè)比較器的輸出通過(guò)第2*(N-l)+k-l個(gè)異或門(mén)得到第三橋臂的第k個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平，其中k的取值為2~N ;第3*N個(gè)比較器的輸出通過(guò)第3*N個(gè)非門(mén)得到第三橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元的第二開(kāi)關(guān)管門(mén)極的控制電平。
[0013]3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器的工作模式包括同頻工作模式和異頻工作模式，同頻工作模式中，N路三相交流輸入或三相交流輸出的頻率相同，幅值不相同；異頻工作模式中，N路三相交流輸入或三相交流輸出的頻率和幅值均不同。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)勢(shì)為:每路交流輸入均轉(zhuǎn)換為線電壓為2n+l電平的交流輸入，經(jīng)AC-AC變換成線電壓為2n+l電平的交流輸出給負(fù)載供電，功率開(kāi)關(guān)單元中每個(gè)開(kāi)關(guān)管承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的1/n，同時(shí)能保證變換器工作過(guò)程中所有開(kāi)關(guān)管承受的電壓相等，很好的解決了開(kāi)關(guān)管的均壓?jiǎn)栴}。與現(xiàn)有的三相3N+3開(kāi)關(guān)AC-AC變換器相比較，本實(shí)用新型所提供的3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器的N路三相交流輸入或三相交流輸出的線電壓均為2n+l電平，且每個(gè)開(kāi)關(guān)管的承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的1/n，很好的解決了開(kāi)關(guān)管的均壓?jiǎn)栴}，這將非常有利于3N+3開(kāi)關(guān)組MMCAC-AC變換器在高壓和大功率場(chǎng)合的應(yīng)用。與現(xiàn)有的MMC變換器相比較，本實(shí)用新型所提供的3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器具有N路三相交流輸入或三相交流輸出，可直接用于N條不同頻率的三相交流線路的相連，極大的降低了工程成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2a、2b分別是圖1所示的3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器的三相交流輸入與三相感性負(fù)載的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3是圖1所示的3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器的開(kāi)關(guān)功率單元的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖4a、圖4b是圖1所示的3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器的兩個(gè)載波移相PWM控制結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖5a、5b是十二開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器分別工作于同頻工作模式和異頻工作模式下的調(diào)制波；
[0020]圖6 a、6b是十二開(kāi)關(guān)組九電平MMC AC-AC變換器工作于同頻工作模式和異頻工作模式的仿真波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行具體說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施不限于此。
[0022]參考圖1，本實(shí)用新型的3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器，包括N個(gè)三相交流輸入/輸出、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第一電容C1 ;所述第一橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bul、Bu2、— >Bu(n+1))和2個(gè)電感(Lu1、Lu2)串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bv1、Bv2、…、Bv(n+1))和2個(gè)電感(Lv1、Lv2)串聯(lián)而成，所述第三橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bw1、Bw2、...、Bw_)和2個(gè)電感(Lw1、Lw2)串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bui由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBuil、SMeui2,…、SMBuin)串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bvi由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBvil、SMevi2,..., SMevin)串聯(lián)而成，第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bwi由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBwil、SMewi2,…、SMbwJ串聯(lián)而成，其中i的取值為I~N+1 ;每個(gè)三相感性負(fù)載的三端作為每個(gè)三相交流輸出；Ν>2，η為正整數(shù)。
[0023]第一橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組Bul的下端P與第一橋臂中2個(gè)電感的第一電感Lul的一端連接，第一橋臂的第一電感Lul的另一端與第一橋臂的第2個(gè)開(kāi)關(guān)組Bu2的上端ο連接；第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bui的下端與第一橋臂的第i+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bu(i+1))的上端連接，其中i的取值為2~N-1 ;第一橋臂的第N個(gè)開(kāi)關(guān)組Bun的下端與第一橋臂的第二電感Lu2的一端連接，第一橋臂的第二電感Lu2的另一端與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組Bu_的上端連接；第二橋臂的電路結(jié)構(gòu)、第三橋臂的電路結(jié)構(gòu)與第一橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致；第k個(gè)三相交流輸入/輸出的三端分別與第一橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組Bu(k+1)的上端、第二橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組Bv(k+1)的上端、第三橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組Bw(k+1)的上端連接，其中k的取值為I~N-1 ;第N個(gè)三相交流輸入/輸出的三端與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組Bu_的下端、第二橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組Bv(n+1)的下端連接、第三橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組Bw(n+1)的下端連接；第一橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組Bul的上端與第二橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組Bvl的上端、第三橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組Bwl的上端、第一電容C1的正極連接，第一電容C1的負(fù)極與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組Bu(n+1)的下端、第二橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組Bv(n+1)的下端、第三橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組Bw(n+1)的下端、地端G連接。
[0024]當(dāng)?shù)趉個(gè)三相交流輸入/輸出為三相交流輸入時(shí)，該三相交流輸入包括U相交流輸入電源Uuk、v相交流輸入電源uvk、w相交流輸入電源uwk、u相交流輸出電感Liuk、v相交流輸出電感Livk和w相交流輸出電感Liwk，u相交流輸入電源Uuk的一端與V相交流輸入電源Uvk、w相交流輸入電源Uwk連接,u相交流輸入電源Uuk的另一端與u相交流輸出電感Liuk的一端連接，u相交流輸入電感Liuk的另一端作為該三相交流輸入的端Suk, V相交流輸入電源Vvk的另一端與V相交流輸出電感Livk的一端連接,V相交流輸入電感Livk的另一端作為該三相交流輸入的端avk, w相交流輸入電源Wwk的另一端與w相交流輸出電感Liwk的一端連接，w相交流輸入電感Liwk的另一端作為該三相交流輸入的端awk，如圖2a所示，其中k的取值為I~N ;當(dāng)?shù)趉個(gè)三相交流輸入/輸出為三相感性負(fù)載時(shí)，該三相感性負(fù)載包括u相電阻Ruk^ V相電阻Rvk、w相電阻Rwk、u相交流輸出電感L-、V相交流輸出電感Ltjvk和w相交流輸出電感LOTk，u相電阻Ruk的一端與V相電阻Rvk的一端、w相電阻Rwk的一端連接，u相電阻Ruk的另一端與u相交流輸出電感Ltjuk的一端連接，u相交流輸出電感Ltjuk的另一端作為該三相感性負(fù)載的端auk, V相電阻Rvk的另一端與V相交流輸出電感Ltjvk的一端連接，V相交流輸出電感Ltjvk的另一端作為該三相感性負(fù)載的端avk，w相電阻Rwk的另一端與w相交流輸出電感Lwk的一端連接，w相交流輸出電感Lwk的另一端作為該三相感性負(fù)載的端awk，如圖2b所示。
[0025]圖3示出圖1所示的3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器的開(kāi)關(guān)功率單元的電路結(jié)構(gòu)圖。功率開(kāi)關(guān)單元包括第一開(kāi)關(guān)管S1、第二開(kāi)關(guān)管S2、第一二極管D1、第二二極管D2和電容CSM。其中，電容Csm的正極與第一開(kāi)關(guān)管S1的集電極、第一二極管D1的陰極連接,第一開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極與第一二極管D1的陽(yáng)極、第二開(kāi)關(guān)管S2的集電極、第二二極管D2的陰極連接，第二開(kāi)關(guān)管S2的發(fā)射極與第二二極管D2的陽(yáng)極、電容Csm的負(fù)極連接；第二開(kāi)關(guān)管S2的集電極作為第一輸出端，第二開(kāi)關(guān)管S2的發(fā)射極作為第二輸出端。
[0026]如圖1所示，第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bui的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元SMbuu的第二輸出端與第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bui的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元δΜΜ?+1)的第一輸出端連接，其中j取值為I~n-1，i取值為I~N+1 ;第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bvi的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元SMbvu的第二輸出端與第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bvi的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元
的第一輸出端連接；第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bvi的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元SMBvij的第二輸出端與第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組Bvi的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元 SMBvi (j+1) 的第一輸出端連接。
[0027]令第k個(gè)三相交流輸入或三相交流輸出的U相電壓源為
【權(quán)利要求】
1.3N+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器，其特征在于:包括N個(gè)三相交流輸入/輸出、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第一電容(C1);所述三相交流輸入/輸出為三相交流輸入或三相交流輸出，三相交流輸出為三相感性負(fù)載；所述第一橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bul、Bu2,…、BU(N+1))和2個(gè)電感(Zu1、42)串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bv1、Bv2、…、Bv_)和2個(gè)電感串聯(lián)而成，所述第三橋臂由N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bw1、Bw2、…、Bw(n+1))和2個(gè)電感Url^Lr2)串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bui)由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBuil、SMBui2、…、SMeuin)串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bvi)由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBvil、SMevi2,…、SMevin)串聯(lián)而成，第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bwi)由η個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBwil、SMewi2,…、SMewin)串聯(lián)而成，其中i的取值為fN+1 ；Ν>2, η為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3Ν+3開(kāi)關(guān)組MMC AC-AC變換器，其特征在于:第一橋臂的兩個(gè)電感(Zul、Z?2)相互稱(chēng)合,構(gòu)成一對(duì)稱(chēng)合電感；第二橋臂的兩個(gè)電感(Zld Af2)相互稱(chēng)合，構(gòu)成一對(duì)稱(chēng)合電感；第三橋臂的兩個(gè)電感(ZirlJr2)相互稱(chēng)合，構(gòu)成一對(duì)稱(chēng)合電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3N+3開(kāi)關(guān)組MMCAC-AC變換器，其特征在于:第一橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bul)的下端(P)與第一橋臂中2個(gè)電感的第一電感(Zul)的一端連接，第一橋臂的第一電感(Zul)的另一端與第一橋臂的第2個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bu2)的上端(ο)連接；第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bui)的下端與第一橋臂的第i+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bu(i+1))的上端連接，其中i的取值為2~N-1 ;第一橋臂的 第N個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bun)的下端與第一橋臂的第二電感(Zw)的一端連接，第一橋臂的第二電感(Zj的另一端與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(BU(N+1))的上端連接；第二橋臂的電路結(jié)構(gòu)、第三橋臂的電路結(jié)構(gòu)與第一橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致；第k個(gè)三相交流輸入/輸出的三端分別與第一橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bu(k+1))的上端、第二橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bv(k+1))的上端、第三橋臂的第k+Ι個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bw(k+1))的上端連接，其中k的取值為fN-Ι ;第N個(gè)三相交流輸入/輸出的三端與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(BU(N+1))的下端、第二橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bv_)的下端連接、第三橋臂的第Ν+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bw_)的下端連接；第一橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bul)的上端與第二橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bvl)的上端、第三橋臂的第I個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bwl)的上端、第一電容(C1)的正極連接，第一電容(C1)的負(fù)極與第一橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(BU(N+1))的下端、第二橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(BV(N+1))的下端、第三橋臂的第N+1個(gè)開(kāi)關(guān)組(BW(N+1))的下端、地端(O連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3N+3開(kāi)關(guān)組MMCAC-AC變換器，其特征在于:當(dāng)?shù)趉個(gè)三相交流輸入/輸出為三相交流輸入時(shí)，該三相交流輸入包括u相交流輸入電源(Muk)J相交流輸入電源(《J、W相交流輸入電源(《ri)、u相交流輸出電感(Zi;A)、V相交流輸出電感(Zirf)和W相交流輸出電感(Ziri)，U相交流輸入電源(Wii)的一端與V相交流輸入電源(Wrf)、W相交流輸入電源(Wrf)連接，u相交流輸入電源(Mui)的另一端與U相交流輸出電感(Ziii)的一端連接，U相交流輸入電感(Zm)的另一端作為該三相交流輸入的端(^)，V相交流輸入電源(.Vvk)的另一端與V相交流輸出電感(Zirf)的一端連接,V相交流輸入電感(Zirt)的另一端作為該三相交流輸入的端(arf), w相交流輸入電源(>ri)的另一端與W相交流輸出電感(Ziri)的一端連接，w相交流輸入電感(Ziri)的另一端作為該三相交流輸入的端(ari),其中k的取值為1、；當(dāng)?shù)趉個(gè)三相交流輸入/輸出為三相感性負(fù)載時(shí)，該三相感性負(fù)載包括u相電阻(I)、V相電阻(心)、w相電阻0?ri)、u相交流輸出電感(Ζ^)、V相交流輸出電感(U和w相交流輸出電感(Ζ-)，u相電阻(D的一端與V相電阻(U的一端、w相電阻的一端連接，U相電阻(t)的另一端與u相交流輸出電感(Zwrf)的一端連接，u相交流輸出電飢-、的另一端作為該三相感性負(fù)載的端Uui)，V相電阻(D的另一端與V相交流輸出電感(Arf)的一端連接，V相交流輸出電感(Zwi)的另一端作為該三相感性負(fù)載的端(aKi)，w相電阻(ZPri)的另一端與w相交流輸出電感(ZOTi)的一端連接，w相交流輸出電感(Ztwi)的另一端作為該三相感性負(fù)載的端(arf)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3N+3開(kāi)關(guān)組MMCAC-AC變換器，其特征在于:功率開(kāi)關(guān)單元包括第一開(kāi)關(guān)管(&)、第二開(kāi)關(guān)管(?)、第一二極管(A)、第二二極管(久)和第二電容(Gr)，其中，第二電容(Csm)的正極與第一開(kāi)關(guān)管(兄)的集電極、第一二極管(A)的陰極連接，第一開(kāi)關(guān)管(S1)的發(fā)射極與第一二極管(A)的陽(yáng)極、第二開(kāi)關(guān)管(?)的集電極、第二二極管(.D2)的陰極連接，第二開(kāi)關(guān)管(?)的發(fā)射極與第二二極管(久)的陽(yáng)極、第二電容(G#)的負(fù)極連接；第二開(kāi)關(guān)管(?)的集電極作為第一輸出端，第二開(kāi)關(guān)管(?)的發(fā)射極作為第二輸出端。
6.根 據(jù)權(quán)利要求1所述的3N+3開(kāi)關(guān)組MMCAC-AC變換器，其特征在于:第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bui)的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMbuu)的第二輸出端與第一橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bui)的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBui(j+1))的第一輸出端連接，其中j取值為fn-1，i取值為fN+Ι ;第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bvi)的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMbvu)的第二輸出端與第二橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bvi)的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBvm+1))的第一輸出端連接；第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bvi)的第j個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBvij)的第二輸出端與第三橋臂的第i個(gè)開(kāi)關(guān)組(Bvi)的第j+Ι個(gè)功率開(kāi)關(guān)單元(SMBv&+1))的第一輸出端連接。
【文檔編號(hào)】H02M5/293GK203827191SQ201420144429
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】張波, 付堅(jiān), 丘東元 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)