[发明专利]3N+3开关组MMC AC-AC变换器及其控制方法

说明书

本发明提供3N+3开关组MMC AC‑AC变换器及其控制方法。变换器由N个三相交流输入/输出、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第一电容构成；第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均由N+1个开关组和两个电感串联而成；每个开关组均由n个功率开关单元串联而成；每个三相感性负载的三端作为每个三相交流输出；N>2，n为正整数。该变换器采用载波移相PWM控制，每个三相交流输出转换为线电压为2n+1电平的交流输入，经AC‑AC变换为线电压为2n+1电平的交流输出给负载供电，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，解决了开关管的均压问题，适合高压和大功率场合的应用。

技术领域

本发明涉及模块组合多电平变换器(MMC)领域，具体涉及一种3N+3开关组MMC AC-AC变换器及其控制方法。

背景技术

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。三相3N+3开关AC-AC变换器相对于传统的6N开关变换器减少了3N-3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，3N+3开关AC-AC变换器的每路输入输出均为三电平，输入输出交流波形比较差。此外，3N+3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3N+3个开关管的均压问题，这极大的限制了三相3N+3开关AC-AC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N条不同频率的三相交流线路的相连时，需要2N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3N+3开关组MMCAC-AC变换器及其控制方法。

本发明采用的技术方案是：3N+3开关组MMC AC-AC变换器包括N个三相交流输入/输出、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第一电容；所述三相交流输入/输出为三相交流输入或三相交流输出，三相交流输出为三相感性负载；所述第一桥臂由N+1个开关组和2个电感串联而成，所述第二桥臂由N+1个开关组和2个电感串联而成，所述第三桥臂由N+1个开关组和2个电感串联而成；第一桥臂的第i个开关组由n个功率开关单元串联而成，第二桥臂的第i个开关组由n个功率开关单元串联而成，第三桥臂的第i个开关组由n个功率开关单元串联而成，其中i的取值为1～N+1；N>2，n为正整数。

第一桥臂的两个电感相互耦合，构成一对耦合电感；第二桥臂的两个电感相互耦合，构成一对耦合电感；第三桥臂的两个电感相互耦合，构成一对耦合电感。