[发明专利]双输出单相三开关组MMC逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及模块组合多电平（MMC）变换器领域，具体涉及一种双输出单相三开关组MMC逆变器及其控制方法。

背景技术

目前功率变换器正向小型化、高可靠性和低损耗方向发展，在这种趋势下出现两种改进变换器的方向：减少无源器件或者改进变换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。单相三开关变换器相对于传统的四开关变换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，三开关变换器的两路单相输出均为两电平，输出交流波形比较差。此外，三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，且存在三个开关的均压问题，这极大的限制了单相三开关变换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变换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（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换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，模块组合多电平变换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变换器，这极大的增加了工程成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种双输出单相三开关组MMC逆变器及其控制方法。

本发明采用的技术方案如下。

双输出单相三开关组MMC逆变器包括第一直流电源、第二直流电源、上开关组、中开关组、下开关组、耦合电感、第一负载和第二负载；上开关组由N个功率开关单元串联而成，中开关组由N个功率开关单元串联而成，下开关组由N个功率开关单元串联而成；耦合电感与上开关组、中开关组和下开关组三个开关组串联；第一直流电源和第二直流电源串联供电；第一负载的一端和第二负载的一端均接到第一直流电源和第二直流电源的中点，第一负载的另一端接到中开关组的上端，第二负载的另一端接到中开关组的下端；第一负载的两端作为第一路输出，第二负载的两端作为第二路输出；耦合电感的原副边可由两个独立电感替代。采用载波移相PWM控制变换器中上开关组、中开关组和下开关组的开关管的开通与关断。

上述的双输出单相三开关组MMC逆变器中，所述双输出单相三开关组MMC逆变器中，第一直流电源的正极与上开关组的上端连接，上开关组的下端与耦合电感原边的同名端连接，耦合电感原边的非同名端与中开关组的上端连接，中开关组的下端与耦合电感副边的同名端连接，耦合电感副边的非同名端与下开关组的下端连接，下开关组的下端与第二直流电源的负极连接，第二直流电源的正极与第一直流电源的负极连接，第一直流电源的负极与地端连接；第一负载的一端与中开关组的上端连接，第一负载的另一端与地端连接，第二负载的一端与中开关组的下端相连，第二负载的另一端与地端连接。

上述的双输出单相三开关组MMC逆变器中，功率开关单元由第一开关管、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。

上述的双输出单相三开关组MMC逆变器中，上开关组的第i个功率开关单元的第二输出端与上开关组的第i+1个功率开关单元的第一输出端连接，其中i的取值为1～N-1；中开关组的第i个功率开关单元的第二输出端与中开关组的第i+1个功率开关单元的第一输出端连接；下开关组的第i个功率开关单元的第二输出端与下开关组的第i+1个功率开关单元的第二输出端连接。

上述的双输出单相三开关组MMC逆变器的控制方法中，采用载波移相PWM控制上开关组、中开关组和下开关组的开关管的开通与关断；上开关组的第i个功率开关单元和下开关组的第i个功率开关单元采用相同三角波作为载波C_i，其中i的取值为1～N；N个载波依次滞后相角360°/N；所述第一路输出采用正弦波作为第一调制波R_an，第二路输出采用正弦波作为第二调制波R_bn。