[发明专利]多电平电压型变流器

说明书

技术领域

本发明涉及电压源型变流器领域，更特别地，涉及多电平电压源型变流器（VSC）。

背景技术

目前，多电平电压源型变流器得到广泛使用，它能够有效地减少开关频率并改善输出波形的特性。

图1示出了传统的多电平电压源型变流器的拓扑结构，其中，开关单元(switching gear cell)1包括第一能量储存器100和第二能量储存器101与用于转换——例如，5个电压电平——的功率半导体串联。第一功率半导体110、第二功率半导体111、第三功率半导体112和第四功率半导体113串联连接，第五功率半导体114和第六功率半导体115串联连接。第一功率半导体110和第四功率半导体114分别与第一能量储存器100和第二能量储存器101连接，第一能量储存器100和第二能量储存器101之间的连接点A、第五功率半导体114和第六功率半导体115之间的连接点B、以及第二功率半导体111和第三功率半导体112之间的连接点C彼此连接。开关单元进一步包括串联的第七功率半导体116、第八功率半导体117、第九功率半导体118、和第十功率半导体119，以及串联的第十一功率半导体120和第十二功率半导体121。第七功率半导体116和第十功率半导体119分别与第一能量储存器100和第二能量储存器101连接，第一能量储存器100和第二能量储存器101之间的连接点A与第十一功率半导体120和第十二功率半导体121之间的连接点D彼此连接。在第八功率半导体117和第九功率半导体118之间设置连接点作为输出端，用于输出多电平电压，例如，图1右侧示出的五个电平的电压。第一功率半导体110、第二功率半导体111、第三功率半导体112、第四功率半导体113、第七功率半导体116、第八功率半导体117、第九功率半导体118和第十功率半导体119中的每个都是可驱动的单向功率半导体开关，具有反向并联不可控单向载流半导体，例如集成门极换流晶闸管（IGCT）或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等，第五功率半导体、第六功率半导体、第十一功率半导体和第十二功率半导体中的每个都是不可控的单向载流方向功率半导体，例如功率二极管。

图2示出了另一传统的多电平电压源型变流器的拓扑结构。如图2所示，开关单元2采用级联H桥。开关单元2的第一H桥包括第一能量储存器200，串联连接的第一功率半导体210和第二功率半导体211，以及串联连接的第三功率半导体212和第四功率半导体213。第一能量储存器200、第一功率半导体210及第三功率半导体212在连接点A彼此连接，第一能量储存器200、第二功率半导体211及第四功率半导体213在连接点B彼此连接。开关单元2的第二桥具有与第一H桥相似的拓扑结构，其包括第二能量储存器201、第五功率半导体214、第六功率半导体215、第七功率半导体216、和第八功率半导体217。第一功率半导体210和第二功率半导体211之间的连接点与第五功率半导体214和第六功率半导体215之间的连接点彼此连接。在以下两连接点之间输出电压：第三功率半导体和第四功率半导体之间的连接点、第七功率半导体和第八功率半导体之间的连接点。图2的右侧示出输出电压的波形。第一功率半导体、第二功率半导体、第三功率半导体、第四功率半导体、第五功率半导体、第六功率半导体、第七功率半导体和第八功率半导体中的每个都是可驱动的单向功率半导体开关，具有反向并联不可控的单向载流半导体。