[发明专利]五电平整流器

说明书

技术领域

本发明是有关于一种多电平整流器，且特别是有关于一种五电平整流器。

背景技术

随着电力电子及控制技术的不断发展，诸多领域对大功率电力电子变换器的需求日益旺盛，比如电机调速、新能源发电以及智能电网等，并且电力电子变换器正朝着高压、大功率、高功率密度、高可靠性、低成本的方向发展。相比于两电平，多电平变换技术具有较低的谐波和电磁干扰，较好的电能质量等优点，可有效减少滤波器体积和成本；但同时，多电平变换器的半导体功率开关数量显着增多，控制逻辑较为复杂，因此也影响了多电平变换技术的进一步推广和应用。

为提高变换器电压等级，多种多电平技术得到广泛研究和应用，其中包括二极管中点箝位（Neutral Point Clamped，NPC）多电平技术、飞跨电容箝位多电平技术、有源中点箝位（Active neutral point clamped,ANPC）多电平技术、级联H桥（Cascaded H-bridge,CHB）多电平技术，以及模块组合多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）技术等。然而，前述技术应用在五电平拓扑结构中功率半导体开关至少需8个以上，由于功率半导体开关数量较多，因此功率半导体开关控制难度较大。再者，CHB以及MMC应用在五电平拓扑结构中均需要两个独立的直流电压源，变换器的成本较高、可靠性较低。

为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方式被发展完成。因此，如何能减少功率半导体开关数量，从而简化控制逻辑，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域极需改进的目标。

发明内容

本发明的一方面是在提供结构简单的五电平整流器，在改善谐波、电磁干扰，提升电能质量的同时，具有较少的功率半导体开关和较为简单的控制逻辑。

于一实施例中，本发明所提供的五电平整流器包括第一功率半导体开关、第二功率半导体开关、第三功率半导体开关、第四功率半导体开关、第五功率半导体开关、第六功率半导体开关、第一直流母线电容器、第二直流母线电容器、相电容器、第一二极管模块与第二二极管模块。第一功率半导体开关具有第一端与第二端；第二功率半导体开关具有第一端与第二端；第三功率半导体开关具有第一端与第二端，其中第二功率半导体开关的第二端连接第三功率半导体开关的第一端；第四功率半导体开关具有第一端与第二端；第五功率半导体开关具有第一端与第二端；第六功率半导体开关具有第一端与第二端；第一二极管模块具有阳极与阴极，其中第一二极管模块的阳极、第一功率半导体开关的第一端与第五功率半导体开关的第一端彼此相连；第一直流母线电容器具有正极性端与负极性端，其中第一直流母线电容器的正极性端连接第一二极管模块的阴极；第二直流母线电容器具有正极性端与负极性端，其中第一直流母线电容器的负极性端、第二直流母线电容器的正极性端、第五功率半导体开关的第二端与第六功率半导体开关的第一端彼此相连；相电容器具有正极性端与负极性端，其中第一功率半导体开关的第二端、第二功率半导体开关的第一端与相电容器的正极性端彼此相连，第三功率半导体开关的第二端、第四功率半导体开关的第一端与相电容器的负极性端彼此相连；第二二极管模块具有阳极与阴极，其中第六功率半导体开关的第二端、第四功率半导体开关的第二端与第二二极管模块的阴极彼此相连，第二二极管模块的阳极连接第二直流母线电容器的负极性端。

于一实施例中，第一功率半导体开关、第二功率半导体开关、第三功率半导体开关、第四功率半导体开关、第五功率半导体开关与第六功率半导体开关中每一者均为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管或集成门极换流晶闸管。

于一实施例中，第一功率半导体开关、第二功率半导体开关、第三功率半导体开关、第四功率半导体开关、第五功率半导体开关与第六功率半导体开关中每一者均包括多个绝缘栅双极型晶体管，这些绝缘栅双极型晶体管是串联、并联或是串、并联的组合。

于一实施例中，第一直流母线电容器、第二直流母线电容器与相电容器中每一者均包括多个电容元件，这些电容元件是串联、并联或是串、并联的组合。

于一实施例中，第一二极管模块与第二二极管模块中每一者均包括多个二极管，这些二极管是串联、并联或是串、并联的组合。

于另一实施例中，本发明所提供的三相五电平整流器包含三相桥臂，每相桥臂为上述的五电平整流器，每相桥臂并联连接。