双输入单相六开关组MMC整流器及其控制方法技术

本发明专利技术提供双输入单相六开关组MMC整流器及其控制方法。本发明专利技术的整流器包括第一交流输入电源、第二交流输入电源、第一电感、第二电感、第一桥臂、第二桥臂和一个整流负载；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组、中开关组、下开关组、第三电感、第四电感串联而成；第一桥臂和第二桥臂的的上开关组、中开关组和下开关组由N个功率开关单元串联而成。该逆变器采用载波移相PWM控制，2个输入交流电源变换成2路2N+1电平的交流输入，整流叠加后给负载供电，且MMC功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流电源电压的1/N，很好的解决了开关管的均压问题，适合2个单相交流电源输入、高压和大功率场合的应用。

【技术实现步骤摘要】
双输入单相六开关组MMC整流器及其控制方法
本专利技术涉及模块组合多电平变换器（MMC）领域，具体涉及一种双输入单相六开关组MMC整流器及其控制方法。
技术介绍
目前功率整流器正向小型化、高可靠性和低损耗方向发展，在这种趋势下出现两种改进整流器的方向：减少无源器件或者改进整流器拓扑结构以减少有源器件作为减少有源器件方向的新进展。单相六开关整流器相对于传统的八开关整流器减少了一个开关及相应的驱动电路，在考虑成本与体积的应用中占有一定的优势。然而，六开关整流器的两路单相输入均转换为两电平，输入交流电流的波形比较差。此外，六个开关中每个开关承受的电压应力为直流母线电压的一半，且存在六个开关的均压问题，这极大的限制了单相六开关整流器在高压和大功率场合的应用。近年来，多电平变换技术得到不断推广，并已成功应用在诸如高压直流输电、电力传动、有源滤波、静止同步补偿等工业领域，目前常见的电压型多电平整流器拓扑大致可分为箱位型和单元级联型两大类。模块组合多电平变换器（ModularMultilevelConverter，MMC）作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平整流器的优点，模块组合多电平整流器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平整流器尤其适用于高压直流输电系统应用。然而，当两条不同频率的交流线路的相连时，需要2个MMC整流器，这极大的增加了工程成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种双输入单相六开关组MMC整流器及其控制方法。本专利技术采用的技术方案如下：双输入单相六开关组MMC整流器包括第一交流输入电源、第二交流输入电源、第一电感、第二电感、第一桥臂、第二桥臂和负载；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组、中开关组、下开关组、第三电感、第四电感串联而成；第一桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第一桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第一桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联而成；第一交流输入电源的两端作为第一路输入，第二交流输入电源的两端作为第二路输入，N为正整数。上述的双输入单相六开关组MMC整流器中，第一桥臂的第三电感和第四电感由耦合电感替代，第二桥臂的第三电感和第四电感由耦合电感替代。上述的双输入单相六开关组MMC整流器中，第一桥臂的上开关组的下端与第一桥臂的第三电感的一端连接，第一桥臂的第三电感的另一端与第一桥臂的中开关组的上端连接，第一桥臂的中开关组的下端与第一桥臂的第四电感的一端连接，第一桥臂的第四电感的另一端与第一桥臂的下开关组的上端连接；第二桥臂的结构与第一桥臂的结构完全一致；第一交流输入电源的一端与第一桥臂的中开关组的上端连接，第一交流输入电源的另一端与第一电感的一端连接，第一电感的另一端与第二桥臂的中开关组的上端连接；第二交流输入电源的一端与第一桥臂的中开关组的下端连接，第二交流输入电源的另一端与第二电感的一端连接，第二电感的另一端与第二桥臂的中开关组的下端连接；第一桥臂的上开关组的上端与第二桥臂的上开关组的上端、负载的一端连接，负载的另一端与第一桥臂的下开关组的下端、第二桥臂的下开关组的下端、地端连接。上述的双输入单相六开关组MMC整流器中，功率开关单元包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和电容；其中，电容的正极与第一开关管的集电极、第一二极管的阴极连接，第一开关管的发射极与第一二极管的阳极、第二开关管的集电极、第二二极管的阴极连接，第二开关管的发射极与第二二极管的阳极、电容的负极连接；第二开关管的集电极作为第一输出端，第二开关管的发射极作为第二输出端。上述的双输入单相六开关组MMC整流器中，每个开关组的第j个功率开关单元的第二输出端与第j+1个功率开关单元的第一输出端连接，其中j的取值为1～N-1。上述的双输入单相六开关组MMC整流器的控制方法是，采用载波移相PWM控制每个开关组的开关管的开通与关断；第一桥臂的上开关组的第j个功率开关单元、第一桥臂的下开关组的第j个功率开关单元、第二桥臂的上开关组的第j个功率开关单元和第二桥臂的下开关组的第j个功率开关单元采用相同三角波作为第j个载波Cj，其中j的取值为1～N；N个载波依次滞后相角360°/N；第一桥臂的上开关组采用第一正弦波Ra1叠加第一直流偏置Rdoa作为第一桥臂的第一调制波Ra1+Rdoa，第一桥臂的下开关组采用第二正弦波Rb1叠加第二直流偏置Rdob作为第一桥臂的第二调制波Rb1+Rdob，第二桥臂的上开关组采用第三正弦波Ra2叠加第一直流偏置Rdoa作为第二桥臂的第一调制波Ra2+Rdoa，第二桥臂的下开关组采用第四正弦波Rb2叠加第二直流偏置Rdob作为第二桥臂的第二调制波Rb2+Rdob；第一正弦波Ra1与第三正弦波Ra2的频率相同且相位差为180°，第二正弦波Rb1与第四正弦波Rb2的频率相同且相位差为180°。第一桥臂的第一调制波Ra1+Rdoa与第j个载波Cj通过第一比较器得到第一桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，当第一桥臂的第一调制波调制波Ra1+Rdoa大于第j个载波Cj时，第一比较器输出高电平，当第一桥臂的第一调制波调制波Ra1+Rdoa小于第j个载波Cj时，第一比较器输出低电平，其中j的取值为1～N；第一桥臂的第二调制波Rb1+Rdob与第j个载波Cj通过第二比较器得到第一桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，当第一桥臂的第二调制波Rb1+Rdob小于第j个载波Cj时，第二比较器输出高电平，当第一桥臂的第二调制波Rb1+Rdob大于第j个载波Cj时，第二比较器输出低电平；第一桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平和第一桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平通过第一异或门得到第一桥臂的中开关组的第j个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平；第二桥臂的第一调制波Ra2+Rdoa与第j个载波Cj通过第三比较器得到第二桥臂的上开关组的第j个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平，当第二桥臂的第一调制波Ra2+Rdoa大于第j个载波Cj时，第三比较器输出高电平，当第二桥臂的第一调制波Ra2+Rdoa小于第j个载波Cj时，第三比较器输出低电平；第二桥臂的第二调制波Rb2+Rdob与第j个载波Cj通过第四比较器得到第二桥臂下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，当第二桥臂的第二调制波Rb2+Rdob小于第j个载波Cj时，第四个比较器输出高电平，当第二桥臂的第二调制波Rb2+Rdob大于第j个载波Cj时，第四比较器输出低电平；第二桥臂的上开关组的第j个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平和第二桥臂下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平通过第二异或门得到第二桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平；每个开关组的每个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平反相后得到该功率开关单元中第一开关管门极的控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双输入单相六开关组MMC整流器，其特征在于：包括第一交流输入电源（ua）、第二交流输入电源（ub）、第一电感（La）、第二电感（Lb）、第一桥臂、第二桥臂和整流负载（R）；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组（H1、H2）、中开关组（M1、M2）、下开关组（L1、L2）、第三电感（LH1、LH2）、第四电感（LL1、LL2）串联而成；第一桥臂的上开关组（H1）由N个功率开关单元（SMH11、SMH12、…、SMH1N）串联而成，第一桥臂的中开关组（M1）由N个功率开关单元（SMM11、SMM12、…、SMM1N）串联而成，第一桥臂的下开关组（L1）由N个功率开关单元（SML11、SML12、…、SML1N）串联而成，第二桥臂的上开关组（H2）由N个功率开关单元（SMH21、SMH22、…、SMH2N）串联而成，第二桥臂的中开关组（M2）由N个功率开关单元（SMM21、SMM22、…、SMM2N）串联而成，第二桥臂的下开关组（L2）由N个功率开关单元（SML21、SML22、…、SML2N）串联而成；第一交流输入电源（ua）的两端作为第一路输入，第二交流输入电源（ub）的两端作为第二路输入，N为正整数；第一桥臂的上开关组（H1）的下端（p）与第一桥臂的第三电感（LH1）的一端连接，第一桥臂的第三电感（LH1）的另一端与第一桥臂的中开关组（M1）的上端（o）连接，第一桥臂的中开关组（M1）的下端与第一桥臂的第四电感（LL1）的一端连接，第一桥臂的第四电感（LL1）的另一端与第一桥臂的下开关组（L1）的上端连接；第二桥臂的结构与第一桥臂的结构完全一致；第一交流输入电源（ua）的一端与第一桥臂的中开关组（M1）的上端连接，第一交流输入电源（ua）的另一端与第一电感（La）的一端连接，第一电感（La）的另一端与第二桥臂的中开关组（M2）的上端连接；第二交流输入电源（ub）的一端与第一桥臂的中开关组（M1）的下端连接，第二交流输入电源（ub）的另一端与第二电感（Lb）的一端连接，第二电感（Lb）的另一端与第二桥臂的中开关组（M2）的下端连接；第一桥臂的上开关组（H1）的上端与第二桥臂的上开关组（H1）的上端、负载（R）的一端连接，负载（R）的另一端与第一桥臂的下开关组（L1）的下端、第二桥臂的下开关组（L1）的下端、地端（n）连接。2.根据权利要求1所述的双输入单相六开关组MMC整流器，其特征在于：第一桥臂的第三电感（LH1）和第四电感（LL1）由耦合电感替代，第二桥臂的第三电感（LH2）和第四电感（LL2）由耦合电感替代。3.根据权利要求1所述的双输入单相六开关组MMC整流器，其特征在于：功率开关单元包括第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）和电容（CSM）；其中，电容（CSM）的正极与第一开关管（S1）的集电极、第一二极管（D1）的阴极连接，第一开关管（S1）的发射极与第一二极管（D1）的阳极、第二开关管（S2）的集电极、第二二极管（D2）的阴极连接，第二开关管（S2）的发射极与第二二极管（D2）的阳极、电容（CSM）的负极连接；第二开关管（S2）的集电极作为第一输出端，第二开关管（S2）的发射极作为第二输出端。4.根据权利要求1所述的双输入单相六开关组MMC整流器，其特征在于：每个开关组的第j个功率开关单元的第二输出端与第j+1个功率开关单元的第一输出端连接，其中j的取值为1~N-1。5.根据权利要求1所述的双输入单相六开关组MMC整流器，其特征在于：工作模式包括同频模式和异频模式，同频模式中，第一交流输入电源与第二交流输入电源的电压频率相同，电压幅值不相同；异频模式中，第一交流输入电源与第二交流输入电源的电压频率和幅值均不同。6.用于权利要求1所述的双输入单相六开关组MMC整流器的控制方法，其特征在于：采用载波移相P...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，付坚，丘东元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：