專利名稱：一種模塊化多電平三相電壓源變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模塊化多電平三相電壓源變流器，屬于電氣自動(dòng)化設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電壓源變流器廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、靜止同步補(bǔ)償器等等。在高壓應(yīng)用時(shí)，一般都需要功率半導(dǎo)體器件串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，或采用多電平變流器，如鏈?zhǔn)阶兞髌鳌ｆ準(zhǔn)阶兞髌鞯娜秉c(diǎn)是有多個(gè)獨(dú)立的直流電源，使得其無法實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)變流器的直流側(cè)背靠背連接，或者應(yīng)用于直流輸電。已有的模塊化多電平電壓源變流器可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)變流器的直流側(cè)背靠背連接，但直流側(cè)短路時(shí)變流器無法實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種模塊化多電平三相電壓源變流器，改變已有三相電壓源變流器的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)直流側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)高壓應(yīng)用，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)變流器直流側(cè)背靠背連接。本發(fā)明提出的模塊化多電平三相電壓源變流器，包括第一組三臺(tái)變流臂、第二組三臺(tái)變流臂、第一組三臺(tái)濾波電抗器和第二組三臺(tái)濾波電抗器；所述的第一組三臺(tái)變流臂的三個(gè)正極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流正極端，第一組三臺(tái)變流臂的三個(gè)負(fù)極端分別連接到第一組三臺(tái)濾波電抗器的一端，第一組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端；第二組三臺(tái)變流臂的三個(gè)負(fù)極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流負(fù)極端，第二組三臺(tái)變流臂的三個(gè)正極端分別連接到第二組三臺(tái)濾波電抗器的一端，第二組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別連接到所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端。上述模塊化多電平三相電壓源變流器中，所述的變流臂，包括多個(gè)變流模塊，多個(gè)變流模塊采用串聯(lián)連接形成一個(gè)正極端和一個(gè)負(fù)極端。變流模塊包括第一直流電容器、第二直流電容器、第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)、第三半導(dǎo)體開關(guān)、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、箝位二極管、阻容吸收電路和均壓電阻；所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)和第三半導(dǎo)體開關(guān)的集電極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管和第三續(xù)流二極管的陰極相連接，所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)和第三半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管和第三續(xù)流二極管的陽極相連接；所述的第一直流電容器的正極端與所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)的集電極相連接；所述的第一直流電容器的負(fù)極端與所述的第二直流電容器正極端及所述的鉗位二極管的陰極相連接；所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極和第二半導(dǎo)體開關(guān)的集電極相連接作為變流模塊的正極端，所述的第二半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第三半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極及第二直流電容器的負(fù)極端相連接；所述的箝位二極管的陽極與所述的第三半導(dǎo)體的集電極相連接作為變流模塊的負(fù)極端；所述的阻容吸收電路和均壓電阻分別并聯(lián)于第三半導(dǎo)體開關(guān)的集電極和發(fā)射極。本發(fā)明提出的模塊化多電平三相電壓源變流器，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)多電平的高壓變流應(yīng)用，兩臺(tái)變流器的直流側(cè)可以形成背靠背連接，而且在直流側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)可以實(shí)現(xiàn)變流器自身的保護(hù)。


圖1為本發(fā)明的模塊化多電平三相電壓源變流器的電路原理圖。圖2為圖1所示的模塊化多電平三相電壓源變流器中變流臂的電路原理圖。圖3為圖2所示的變流臂中變流模塊的電路原理圖。圖1-圖3中，I是變流臂，2是濾波電抗器，3是變流模塊，4是第一直流電容器和第二直流電容器，5是半導(dǎo)體開關(guān)，6是續(xù)流二極管，7是阻容吸收電路，8是均壓電阻，9是箝
位二極管。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的模塊化多電平三相電壓源變流器，包括第一組三臺(tái)變流臂1、第二組三臺(tái)變流臂、第一組三臺(tái)濾波電抗器2和第二組三臺(tái)濾波電抗器。第一組三臺(tái)變流臂的三個(gè)正極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流正極端，第一組三臺(tái)變流臂的三個(gè)負(fù)極端分別連接到第一組三臺(tái)濾波電抗器的一端，第一組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端；第二組三臺(tái)變流臂的三個(gè)負(fù)極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流負(fù)極端，第二組三臺(tái)變流臂的三個(gè)正極端分別連接到第二組三臺(tái)濾波電抗器的一端，第二組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別連接到所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端。如圖1所示，三相電壓源變流器包括兩組六臺(tái)變流臂1、兩組六臺(tái)濾波電抗器2。第一組三臺(tái)變流臂的正極端連接到一起后作為三相電壓源變流器的直流正極端DC+ ;第一組三臺(tái)變流臂的負(fù)極端分別連接到第一組三臺(tái)濾波電抗器LA1、LB1、LC1的一端，LA1、LB1、LCl的另一端分別作為三相電壓源變流器的三相交流相線端A、B、C。第二組三臺(tái)變流臂的負(fù)極端連接到一起后作為三相電壓源變流器的直流負(fù)極端DC-;第二組三臺(tái)變流臂的正極端分別連接到第二組三臺(tái)濾波電抗器LA2、LB2、LC2的一端，第二組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別連接到三相電壓源變流器的三相交流相線端A、B、C。如圖2所示，每個(gè)變流臂包括若干個(gè)變流模塊3，所有變流模塊采用串聯(lián)連接(一個(gè)變流模塊的正極端連接到另一個(gè)變流模塊的負(fù)極端)，形成一個(gè)正極端“ + ”和一個(gè)負(fù)極端
U _，，
O如圖3所示，每個(gè)變流模塊包括第一直流電容器Cl、第二直流電容器C2、第一半導(dǎo)體開關(guān)S1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2、第三半導(dǎo)體開關(guān)S3、第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2、第三續(xù)流二極管D3、箝位二極管D4、阻容吸收電路7和均壓電阻8。第一半導(dǎo)體開關(guān)S1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2和第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的集電極分別與第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2和第三續(xù)流二極管D3的陰極相連接，第一半導(dǎo)體開關(guān)S1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2和第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的發(fā)射極分別與第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2和第三續(xù)流二極管D3的陽極相連接。第一直流電容器Cl的正極端與第一半導(dǎo)體開關(guān)SI的集電極相連接，第一直流電容器Cl的負(fù)極端與第二直流電容器C2正極端及鉗位二極管D4的陰極相連接；第一半導(dǎo)體開關(guān)SI的發(fā)射極和第二半導(dǎo)體開關(guān)S2的集電極相連接作為變流模塊的正極端“ + ”，第二半導(dǎo)體開關(guān)S2的發(fā)射極與第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的發(fā)射極及第二直流電容器C2的負(fù)極端相連接；箝位二極管D4的陽極與第三半導(dǎo)體S3的集電極相連接作為變流模塊的負(fù)極端阻容吸收電路7由電阻RS和電容CS組成，電阻RS和電容CS串聯(lián)后并聯(lián)在第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的集電極和發(fā)射極，均壓電阻RJ也并聯(lián)在第三半導(dǎo)體開關(guān)S3的集電極和發(fā)射極。本發(fā)明的模塊化多電平三相電壓源變流器，正常工作時(shí)，一直對(duì)第三半導(dǎo)體開關(guān)S3施加導(dǎo)通門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使S3 —直處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)出變流器直流側(cè)短路故障時(shí)，所有變流模塊的第一半導(dǎo)體開關(guān)S1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2和第三半導(dǎo)體開關(guān)S3立即閉鎖關(guān)斷，短路電流會(huì)迅速下降，從而有效保護(hù)所有變流模塊的半導(dǎo)體開關(guān)和續(xù)流二極管正常工作。本發(fā)明電路中的第一半導(dǎo)體開關(guān)S1、第二半導(dǎo)體開關(guān)S2和第三半導(dǎo)體開關(guān)S3，可以使用任何可關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)，S3也可以使用相控晶閘管(可控硅)(陽極對(duì)應(yīng)集電極、陰極對(duì)應(yīng)發(fā)射極)。S3使用相控晶閘管(可控硅)時(shí)，箝位二極管可以省去，保護(hù)動(dòng)作S3門極脈沖閉鎖時(shí)，如果其電流是從陽極流向陰極，則該電流經(jīng)過一段時(shí)間后會(huì)自然降低到零。任何基于本發(fā)明電路所作的等效變換電路，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種模塊化多電平三相電壓源變流器，其特征在于，該模塊化多電平三相電壓源變流器包括第一組三臺(tái)變流臂、第二組三臺(tái)變流臂、第一組三臺(tái)濾波電抗器和第二組三臺(tái)濾波電抗器；所述的第一組三臺(tái)變流臂的三個(gè)正極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流正極端，第一組三臺(tái)變流臂的三個(gè)負(fù)極端分別連接到第一組三臺(tái)濾波電抗器的一端，第一組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端；第二組三臺(tái)變流臂的三個(gè)負(fù)極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流負(fù)極端，第二組三臺(tái)變流臂的三個(gè)正極端分別連接到第二組三臺(tái)濾波電抗器的一端，第二組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別連接到所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化多電平三相電壓源變流器，其特征在于，其中所述的變流臂，包括多個(gè)變流模塊，多個(gè)變流模塊采用串聯(lián)連接形成一個(gè)正極端和一個(gè)負(fù)極端。
3.如權(quán)利要求2所述的模塊化多電平三相電壓源變流器，其特征在于，其中所述的變流模塊包括第一直流電容器、第二直流電容器、第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)、第三半導(dǎo)體開關(guān)、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、箝位二極管、阻容吸收電路和均壓電阻；所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)和第三半導(dǎo)體開關(guān)的集電極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管和第三續(xù)流二極管的陰極相連接，所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)、第二半導(dǎo)體開關(guān)和第三半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管和第三續(xù)流二極管的陽極相連接；所述的第一直流電容器的正極端與所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)的集電極相連接；所述的第一直流電容器的負(fù)極端與所述的第二直流電容器正極端及所述的鉗位二極管的陰極相連接；所述的第一半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極和第二半導(dǎo)體開關(guān)的集電極相連接作為變流模塊的正極端，所述的第二半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極與第三半導(dǎo)體開關(guān)的發(fā)射極及第二直流電容器的負(fù)極端相連接；所述的箝位二極管的陽極與所述的第三半導(dǎo)體的集電極相連接作為變流模塊的負(fù)極端；所述的阻容吸收電路和均壓電阻分別并聯(lián)于第三半導(dǎo)體開關(guān)的集電極和發(fā)射極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模塊化多電平三相電壓源變流器，屬于電氣自動(dòng)化設(shè)備領(lǐng)域。包括六臺(tái)變流臂、六臺(tái)濾波電抗器；第一組三臺(tái)變流臂的三個(gè)正極端連接到一起后作為變流器的直流正極端，其負(fù)極端分別連接到第一組三臺(tái)濾波電抗器的一端，第一組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別作為變流器的三相交流相線端；第二組三臺(tái)變流臂的三個(gè)負(fù)極端連接到一起后作為變流器的直流負(fù)極端，其正極端分別連接到第二組三臺(tái)濾波電抗器的一端，第二組三臺(tái)濾波電抗器的另一端分別連接到變流器的三相交流相線端。本發(fā)明的模塊化多電平三相電壓源變流器可以實(shí)現(xiàn)多電平的高壓變流應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)變流器的直流側(cè)背靠背連接，且可以實(shí)現(xiàn)直流側(cè)短路時(shí)的保護(hù)。
文檔編號(hào)H02M7/49GK103001520SQ201210576579
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉文華, 饒宏, 宋強(qiáng), 許樹楷, 李笑倩, 李立浧 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司