[发明专利]五电平电压源型变换装置

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换器领域，涉及五电平电压源型变换装置。

背景技术

现有技术的二极管箝位型五电平变换装置，如图3所示利用四个串联的电容C1－C4连接在直流电源的两端，A、B、C各相桥臂由八个开关器件S串联构成，各个开关器件S通过箝位二极管D连接到每个电容，通过箝位二极管D将开关器件S的电压箝位到连接的一个电容的电压上，将直流母线电压分压成多个电平。该结构中，各个箝位二极管D由于箝位电压的不同，分别需要不同耐压的箝位二极管D，给器件的选择和管理带来了困难，给安全造成了隐患。对于承受高电压的箝位二极管D如图3所示(Da1)还需要多个二极管D串联使用，造成箝位二极管数目多，电气回路复杂，降低了装置的可靠性。

图4为电容飞跨型五电平变换装置。该装置与图3所示的二极管箝位型五电平变换装置不同，采用的是跨接在开关器件S之间的串联电容(Ca、Cb、Cc)进行箝位的，为使各个箝位电容的电压均衡，需要复杂的控制。大量串联电容的使用，不仅电气回路复杂，可靠性低，也容易引入悬浮电容，使得电压的控制变得困难。

除了以上两种变换装置外，现有技术中还有H桥级联型五电平变换装置。级联型五电平变换装置虽然不需要大量的箝位二极管和箝位电容，但需要独立的直流电压源，具有使用不方便的问题。

本发明的目的在于提供一种结构简单、可靠性高、不需要独立的直流电压源的五电平电压源型变换装置。

发明内容

本发明的技术方案为一种五电平电压源型变换装置，其特征在于，由直流母线电容串，第一开关器件串，第二开关器件串，辅助电容(Cph)，2组续流电路构成一个桥臂，所述直流母线电容串由4个容量相等的直流母线电容(C1-C4)串联而成，所述第一开关器件串由8个带反向并联二极管的有源开关器件(S1-S8)同向串联而成，其两端与所述直流母线电容串的两端(1、5)并联连接，其第4有源开关器件(S4)与第5有源开关器件(S5)的连接点(10)与所述直流母线电容串中，第2直流母线电容(C2)与第3直流母线电容(C3)的连接点(3)连接，所述第二开关器件串由4个带反向并联二极管的有源开关器件(S9-S12)同向串联而成，其两端并联连接在所述第一开关器件串中，第2有源开关器件(S2)与第3有源开关器件(S3)的连接点(8)，第6有源开关器件(S6)与第7有源开关器件(S7)的连接点(12)，所述辅助电容(Cph)并联连接在所述第二开关器件串中，第1有源开关器件(S9)与第2有源开关器件(S10)的连接点(14)，第3有源开关器件(S11)与第4有源开关器件(S12)的连接点(15)，所述第一开关器件串中，第1有源开关器件(S1)与第2有源开关器件(S2)的连接点(7)，第3有源开关器件(S3)与第4有源开关器件(S4)的连接点(9)与第1组续流电路并联连接，第5有源开关器件(S5)与第6有源开关器件(S6)的连接点(11)，第7有源开关器件(S7)与第8有源开关器件(S8)的连接点(13)与第2组续流电路并联连接，第1组续流电路由两个续流二极管(Q1、Q2)或带反向并联二极管的有源开关器件(Q11、Q21)同向串联而成，其连接点与所述直流母线电容串中，第1直流母线电容(C1)与第2直流母线电容(C2)的连接点(2)连接，第2组续流电路由两个续流二极管(Q3、Q4)或带反向并联二极管的有源开关器件(Q31、Q41)同向串联而成，其连接点与所述直流母线电容串中，第3直流母线电容(C3)与第4直流母线电容(C4)的连接点(4)连接，所述直流母线电容串的两端(1、5)作为电源输入端与直流电源连接，所述第二开关器件串中，第2有源开关器件(S10)与第3有源开关器件(S11)的连接点(6)为电压输出端。

其中的第一开关器件串(S1-S8)、第二开关器件串(S9-S12)、续流电路(Q11、Q21、Q31、Q41)中的各个有源开关器件可以为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管中的任一种。

各相桥臂既可以具有自己的直流母线电容串，也可以公用同一个直流母线电容串。

由于本发明中，大大减少了钳位二极管和钳位电容的数量，不仅结构简单，硬件结构也易于实现，控制容易。由于开关状态具有很大的冗余性，控制更加灵活，所用器件承受的耐压相同且不存在器件直接串联的情况，在器件选择和管理上更方便，使用上更简单，也不需要独立的直流电压源。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的拓扑结构图；

图2是本发明的第2实施方式的拓扑结构图；