【CN109980968B】一种模块化多电平变换器、控制系统及其应用【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利

(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201910214474.9

(22)申请日 2019.03.20

(65)同一申请的已公布的文献号

申请公布号 CN 109980968 A

(43)申请公布日 2019.07.05

(73)专利权人 山东大学

地址 250061 山东省济南市历下区经十路

17923号

(72)发明人 高峰　秦福田　蒿天衢　张承慧　

吴强　张祯滨　郝全睿　王晓龙　

许涛　马展　孟祥剑　

(74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限

公司 37221

代理人 李圣梅

(51)Int.Cl.H02M 7/483(2007.01)H02M 7/5387(2007.01)H02J 3/38(2006.01)审查员 谢冬莹

(54)发明名称一种模块化多电平变换器、控制系统及其应用(57)摘要本公开提出了一种模块化多电平变换器、控制系统及其应用，模块化多电平变换器为单相混合三桥臂模块化多电平变换器，其拓扑结构由上、中、下三个桥臂组成，上、下桥臂由N个相同的半桥型子模块和一个桥臂电感级联组成，中间桥臂由K个相同的单向电流全桥型子模块级联组成；所述模块化多电平变换器为三相混合九桥臂模块化多电平变换器，由三个所述的单相混合三桥臂模块化多电平变换器组成；本公开技术方案公开的新型混合九桥臂模块化多电平变换器与现有的相比在获得相同输出电压的条件下，所需要的半导体器件数量进一步减少，使得系统的体积和成本大大降低，同时可以消除标准九桥臂模块化多电平变换器运行范围限制，使得直流侧电

压利用率提高50％。权利要求书2页 说明书5页 附图6页CN 109980968 B 2020.01.14

C N 109980968

B

权　利　要　求　书1/2页CN 109980968 B

1.一种模块化多电平变换器，其特征是，所述模块化多电平变换器为单相混合三桥臂模块化多电平变换器，其拓扑结构由上、中、下三个桥臂组成，上、下桥臂由N个相同的半桥型子模块和一个桥臂电感级联组成，中间桥臂由K个相同的单向电流全桥型子模块级联组成；

上桥臂电感下端与中间桥臂上端连接点为上输出交流母线，下桥臂电感上端与中间桥臂下端连接点为下输出交流母线，其中，N为任意不小于1的整数，K的取值小于N；

K为任意不小于0的整数，具体由上、下交流输出端的相电压幅值和相位差以及直流侧

电压和额定的子模块电容电压决定，

其中K的取值表示为：

2.如权利要求1所述的一种模块化多电平变换器，其特征是，所述单向电流全桥型子模块包括S2和S3两个带反并联二极管的全控型半导体器件、D1和D4两个二极管以及一个电容器，其中D1的正极与S2的集电极相连，构成单向电流全桥型子模块的正端，S3的发射极与D4的负极相连，构成单向电流全桥型子模块的负端；D1的负极与S3的集电极相连，然后均与电容器正端相连，D4的正极与S2的发射极相连，然后均与电容器负端相连。

3.如权利要求1所述的一种模块化多电平变换器，其特征是，所述半桥型子模块包括S1和S2两个带反并联二极管的全控型半导体器件和一个电容器，其中，S1的发射极与S2的集电极相连，并作为半桥型子模块的正端；S1的集电极与电容器的正端相连，S2的发射极与电容器的负端相连，并作为半桥型子模块的负端。

4.一种模块化多电平变换器，其特征是，所述模块化多电平变换器为三相混合九桥臂模块化多电平变换器，由三个权利要求1-3任一所述的单相混合三桥臂模块化多电平变换器组成；

三个单相混合三桥臂模块化多电平变换器上桥臂的上输出端连接在一起作为直流母线正端，下桥臂的下输出端连接在一起作为直流母线负端；

每一相上、下交流输出端子分别组成对应的上、下两组三相交流输出端子。

5.如权利要求4所述的一种模块化多电平变换器，其特征是，三相混合九桥臂模块化多电平变换器上、下两组三相交流输出端子均直接连接三相高压电网或两组高压大功率负载；或

一组三相交流输出端子连接三相高压电网，另一组三相交流输出端子连接高压大功率负载。

6.如权利要求4所述的一种模块化多电平变换器，其特征是，N为任意不小于1的整数，具体可由直流侧电压和额定的子模块电容电压决定，N＝ceil[U dc/U c]，直流侧电压为U dc，额定的子模块电容电压为U c。

7.基于权利要求1-6任一所述的一种模块化多电平变换器的综合控制系统，其特征是，所述控制系统包括总控制单元，所述总控制单元连接至桥臂参考信号生成控制单元、电容电压均衡控制单元及环流抑制控制单元；

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