[发明专利]一种五电平电压源型变换装置及控制方法

说明书

一种电压源型五电平变换装置及控制方法，属于电力电子变换装器领域。本装置由5个电容器：C1、C2、C3、C4、C5，10个绝缘栅双极晶体管：IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10.以及4个接线端：第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)、第四接线端(4)构成。本拓扑结构简单通过十个开关器件的导通与关断控制五种电平的输出。在本装置中所有绝缘栅双极晶体管耐压均相同因此不需要再采用额外的均压措施，且不需要任何钳位二极管，实现功能全面，控制方式灵活、成本低效率高。

技术领域

本发明涉及一种五电平电压源型变换装置，属于电力电子变换装器领域。

背景技术

近些年来，属于电力电子领域的电力电子技术以及控制技术的不断进步和全面发展，电力电子的装置也被广泛使用，人们对电力电子装置的大功率、耐高压、低谐波扰动的要求越来越高。多电平变换装置具有功率大、开关频率低、输出谐波小、动态响应速度快、电磁兼容性好等优点。除此之外还可以将某些本身耐压值低的电力电子器件可靠的应用于高压大功率领域，从而有效地减少脉宽调制(PWM控制)产生的高次谐波。但是在大众所熟知的二极管钳位型五电平变换装置中其二极管数目较多、飞跨电容型五电平变换装置的控制方式又太复杂、H桥级联型五电平变换装置又额外需要独立直流电压源，这些五电平变换装置都存在一些固有的缺点，这就导致在实际中没有可实际使用的五电平变换装置。

在实际应用中还需要考虑一个非常重要的因素就是均压的问题，不是同一型号的绝缘栅双极晶体管串联，那么将导致这两个不同型号的绝缘栅双极晶体管两端所承受电压不同，耐压低的晶体管可能承受了较高的电压，最终可能导致绝缘栅双极晶体管烧毁损坏，将导致系统成本增加，功耗增加，效率降低。因此在实际安装时，绝不可以将不同类型的绝缘栅双极晶体管混合使用。所以一个实用的五电平变换装置不仅要在理论上可行，还要考虑在实际的应用中可能出现的问题。

目前国内外尚未发明一种能有效直流分压、开关控制频率低、功能实现全面的五电平电压源型变换装置，本发明针对以上不足都有实质性的改进，具有良好的现实意义和良好应用前景。

发明内容

针对上述现有存在的技术问题，本发明提供的一种五电平电压源型变换装置不仅结构简单、控制灵活，不仅没有无功通路且效率明显。该装置没有较多电容器，且不需要钳位二极管，每个绝缘栅双极晶体管所受的电压均相同。

本装置包含5个电容器：C1、C2、C3、C4、C5，10个绝缘栅双极晶体管：IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8、IGBT9、IGBT10.以及4个接线端：第一接线端(1)、第二接线端(2)、第三接线端(3)、第四接线端(4)。

所有的绝缘栅双极晶体管均逆并联一个二极管，其主要特征变现为电容器C1和绝缘栅双极晶体管IGBT1集电极连接在第一接线端(1)上；

所述电容器C1、电容器C2与绝缘栅双极晶体管IGBT2发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT3集电极连接在第二接线端(2)上；

所述电容器C2与绝缘栅双极晶体管IGBT4发射极连接在第三接线端(3)上；

绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT2集电极与绝缘栅双极晶体管IGBT5集电极连接在一起；

绝缘栅双极晶体管IGBT2发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT3集电极与第二接线端(2)连接在一起；

绝缘栅双极晶体管IGBT3发射极和绝缘栅双极晶体管IGBT10发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT4集电极连接在一起；

电容器C3和绝缘栅双极晶体管IGBT5发射极与绝缘栅双极晶体管IGBT6集电极连在一起；