一种两电平混合模块化多电平变流器

本发明涉及变流器领域，具体涉及一种两电平混合模块化多电平变流器。

背景技术：

1、多电平变流器由于其特有的优势，如冗余性强、减少谐波失真和减少开关组件的电压应力，在许多领域越来越流行，包括能源部门、工业应用和电力系统，电力电子技术的快速发展推动了这一趋势。在多电平变流器的发展过程，学者们提出了许多拓扑结构。最常见的拓扑结构是中点钳位型(npc)、飞跨电容型(fc)、级联h桥(chb)以及模块化多电平变流器(mmc)。随着输出电平数的增加，npc型以及fc型的二极管以及电容的数量会显著增加，导致成本增加。同样，在高压和高功率的应用中，大量的chb以及mmc子模块会导致一个庞大的变流器，造成成本增加。

2、如图3所示，有学者结合了npc和mmc，提出了一种名为中点钳位模块化多电平变流器(npc-mmc)的拓扑结构，理论分析表明，npc-mmc有潜力减少近50％的所需储能。然而，由于其前端npc-mmc的三电平结构，npc-mmc拓扑不可避免地面临中点电压平衡的问题。直流侧存在中点，流经中点的电流存在谐波。若采用与传统mmc相同的桥臂电流分配方法，则需要较大的直流侧电容来抑制直流侧电容电压的波动，这无疑增大了变流器的制造成本。

3、如图4所示，有学者在npc-mmc的基础上将半桥式子模块串的位置与功率器件s2、功率器件s3位置互换，与传统mmc相比，该方案的半桥式子模块数也减少了一半。但该方案的输出电压水平降低了，若采用传统的桥臂电流分配方法，同样会增大整个变流器的成本。

4、如图5所示，还有学者在npc-mmc的基础上将半桥式子模块串的位置与功率器件s1、功率器件s2位置互换，该方案拓扑的交流电压仅由单臂合成，为了保持相同的输出总谐波失真性能，它的开关频率应该更高。同样的，若采用传统的桥臂电流分配方法，该方案同样会增大整个变流器的成本。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种两电平混合模块化多电平变流器解决了中点电流导致变流器成本高、功率密度低的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种两电平混合模块化多电平变流器，其由两个桥臂、两电平结构和直流侧电容组成；两电平结构与两个桥臂并联并连接直流电源；每个桥臂均由n个半桥式子模块和一个桥臂电感串联组成；两电平结构由功率器件t1和功率器件t2组成；功率器件t1和功率器件t2的连接点与两个桥臂的连接点为两电平混合模块化多电平变流器的两个输出端。

4、进一步地，n为偶数。

5、进一步地，每个半桥式子模块均包括功率器件s1和功率器件s2；功率器件s1的输入端通过电容csm连接功率器件s2的输出端；功率器件s1的输出端连接功率器件s2的输入端；功率器件s2的输入端为对应半桥式子模块的输入端，功率器件s2的输出端为对应半桥式子模块的输出端。

6、本发明的有益效果为：本两电平混合模块化多电平变流器由于直流侧不存在中点，简化了新拓扑的控制，不再需要重构桥臂电流，按照传统的桥臂电流分配方法即可，不会增加成本。且本两电平混合模块化多电平变流器节省了两个功率器件以及一个直流侧电容，可以提高系统的功率密度。

技术特征：

1.一种两电平混合模块化多电平变流器，其特征在于，由两个桥臂、两电平结构和直流侧电容组成；两电平结构与两个桥臂并联并连接直流电源；每个桥臂均由n个半桥式子模块和一个桥臂电感串联组成；两电平结构由功率器件t1和功率器件t2组成；功率器件t1和功率器件t2的连接点与两个桥臂的连接点为两电平混合模块化多电平变流器的两个输出端。

2.根据权利要求1所述的两电平混合模块化多电平变流器，其特征在于，n为偶数。

3.根据权利要求1所述的两电平混合模块化多电平变流器，其特征在于，每个半桥式子模块均包括功率器件s1和功率器件s2；功率器件s1的输入端通过电容csm连接功率器件s2的输出端；功率器件s1的输出端连接功率器件s2的输入端；功率器件s2的输入端为对应半桥式子模块的输入端，功率器件s2的输出端为对应半桥式子模块的输出端。

技术总结本发明公开了一种两电平混合模块化多电平变流器，由两个桥臂、两电平结构和直流侧电容组成；两电平结构与两个桥臂并联并连接直流电源；每个桥臂均由N个半桥式子模块和一个桥臂电感串联组成；两电平结构由功率器件T1和功率器件T2组成；功率器件T1和功率器件T2的连接点与两个桥臂的连接点为两电平混合模块化多电平变流器的两个输出端。本两电平混合模块化多电平变流器由于直流侧不存在中点，简化了新拓扑的控制，不再需要重构桥臂电流，按照传统的桥臂电流分配方法即可，不会增加成本。且本两电平混合模块化多电平变流器节省了两个功率器件以及一个直流侧电容，可以提高系统的功率密度。技术研发人员：杨顺风,刘浩,孙浩博受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23