[实用新型]用于多电平变换器的基本单元、三电平和m电平拓扑结构

说明书

技术领域

本实用新型属于电工、电力电子、电机应用的技术领域，具体来说，涉及用于多电平变换器的基本单元、三电平和m电平拓扑结构。

背景技术

当前，电压源型两电平拓扑结构逆变系统已被广泛应用于电机驱动、轨道交通、电能转换等众多工业领域，然而这种拓扑结构的逆变系统承受电压应力高、dv/dt较大、输出电流谐波畸变率高、输出滤波器体积大等局限。

采用电压源型多电平拓扑结构逆变系统可以很好地解决两电平变换器带来的不足。然而在传统几类多电平逆变系统中，不同的多电平拓扑结构除了具有输出最多电平数只能为奇数外，还具有特定的缺点：(1)二极管箝位型多电平拓扑结构虽然采用的开关器件少，但是同一桥臂不同功率器件损耗不均衡，模块化程度弱，需要大量箝位二极管。(2)飞跨电容型多电平拓扑结构采用的开关器件少，但是需要大量的飞跨电容。(3)级联H桥型多电平拓扑结构需要开关器件多，而且需要隔离的直流电压源。(4)有源箝位型和P2通用型多电平拓扑结构：虽然可以解决二极管箝位型多电平变换器的功率损耗不平衡问题，并具有模块化等优势，但是所含开关器件多。

在中低压应用场合，考虑到成本的成倍增加，通常采用两电平拓扑结构，而通过增加开关频率、采用输出滤波措施来达到相应的性能指标，这种方式具有损耗大、效率低、体积大等缺点。

在中高压大功率应用场合，采用上述(1)-(3)类拓扑结构时，则不得不解决大量飞跨电容、大量箝位二极管、大量隔离直流电源带来的问题。而采用有源箝位型或者P2通用型多电平拓扑结构，开关器件的增多在增加系统控制复杂性的同时，还会导致驱动电路和缓冲电路数量的增加，以及成本的增加。

与传统两电平逆变器拓扑结构相比，新型简化二极管箝位型三电平拓扑结构降低了系统复杂型，但具有传统I型三电平逆变器输出电流谐波畸变率小，dv/dt小的优点，并具有传统T型三电平相同的电压应力。简化二极管箝位型三电平拓扑结构具有两种可选的演变型拓扑结构，它们都采用有源换流方式，可用于解决功率损耗不平衡问题。

与传统的多电平变换器拓扑结构相比，本实用新型提出的通用型多电平变换器拓扑结构模块化程度高、可扩展性好、开关器件数量少、结构简单，可解决功率损耗不均衡问题，并保留了传统多电平变换器的优势。

实用新型内容

技术问题：本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于多电平变换器的基本单元，该基本单元具备三个端子，可形成三种不同类型的双向电流路径，可以解决现有结构基本单元中电流路径单一的问题，更易形成多电平。还提供基于上述基本单元的三电平拓扑结构，该结构所用器件数量少，输出电平数多，具有传统T型三电平结构相同的电压应力，并可以解决传统两电平结构用于大功率场合开关频率低、电流谐波畸变率高,输出滤波器体积大，损耗不均衡等问题；以及提供基于上述基本单元的m电平拓扑结构，该结构省去了二极管箝位多电平结构中大量的箝位器件，并可以解决箝位型多电平拓扑结构中的损耗不均衡问题，并具备更高的容错能力。该结构还可以解决飞跨电容型及级联型多电平结构大量的独立电源及飞跨电容问题。由于该结构采用模块化设计，可以降低维护和安装的成本。由于该结构采用功率器件少，可以简化调制策略的设计。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于多电平变换器的基本单元，该基本单元包括绝缘栅双极型晶体管和两个二极管，两个二极管串联后反向并联至绝缘栅双极型晶体管两侧，在绝缘栅双极型晶体管两侧和两个二极管之间引出三个接线端。