專利名稱：一種模塊化多電平三相電壓源變流器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種模塊化多電平三相電壓源變流器，屬于電氣自動化設備領域。
背景技術：
電壓源變流器廣泛應用于變頻調(diào)速裝置、靜止同步補償器等等。在高壓應用時，一般都需要功率半導體器件串聯(lián)來實現(xiàn)，或采用多電平變流器，如鏈式變流器。鏈式變流器的缺點是有多個獨立的直流電源，使得其無法實現(xiàn)兩臺變流器的直流側背靠背連接，或者應用于直流輸電。已有的模塊化多電平電壓源變流器可以實現(xiàn)兩臺變流器的直流側背靠背連接，但直流側短路時變流器無法實現(xiàn)有效的保護。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提出一種模塊化多電平三相電壓源變流器，改變已有三相電壓源變流器的結構，以實現(xiàn)直流側發(fā)生短路故障時的保護，實現(xiàn)高壓應用，同時又實現(xiàn)兩臺變流器直流側背靠背連接。本實用新型提出的模塊化多電平三相電壓源變流器，包括第一組三臺變流臂、第二組三臺變流臂、第一組三臺濾波電抗器和第二組三臺濾波電抗器；所述的第一組三臺變流臂的三個正極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流正極端，第一組三臺變流臂的三個負極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器的一端，第一組三臺濾波電抗器的另一端分別作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端；第二組三臺變流臂的三個負極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流負極端，第二組三臺變流臂的三個正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器的一端，第二組三臺濾波電抗器的另一端分別連接到所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端。上述模塊化多電平三相電壓源變流器中，所述的變流臂，包括多個變流模塊，多個變流模塊采用串聯(lián)連接形成一個正極端和一個負極端。變流模塊包括第一直流電容器、第二直流電容器、第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、箝位二極管、阻容吸收電路和均壓電阻；所述的第一半導體開關、第二半導體開關和第三半導體開關的集電極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管和第三續(xù)流二極管的陰極相連接，所述的第一半導體開關、第二半導體開關和第三半導體開關的發(fā)射極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管和第三續(xù)流二極管的陽極相連接；所述的第一直流電容器的正極端與所述的第一半導體開關的集電極相連接；所述的第一直流電容器的負極端與所述的第二直流電容器正極端及所述的鉗位二極管的陰極相連接；所述的第一半導體開關的發(fā)射極和第二半導體開關的集電極相連接作為變流模塊的正極端，所述的第二半導體開關的發(fā)射極與第三半導體開關的發(fā)射極及第二直流電容器的負極端相連接；所述的箝位二極管的陽極與所述的第三半導體的集電極相連接作為變流模塊的負極端；所述的阻容吸收電路和均壓電阻分別并聯(lián)于第三半導體開關的集電極和發(fā)射極。本實用新型提出的模塊化多電平三相電壓源變流器，其優(yōu)點是:可以實現(xiàn)多電平的高壓變流應用，兩臺變流器的直流側可以形成背靠背連接，而且在直流側發(fā)生短路故障時可以實現(xiàn)變流器自身的保護。

圖1為本實用新型的模塊化多電平三相電壓源變流器的電路原理圖。圖2為圖1所示的模塊化多電平三相電壓源變流器中變流臂的電路原理圖。圖3為圖2所示的變流臂中變流模塊的電路原理圖。圖1-圖3中，I是變流臂 ，2是濾波電抗器，3是變流模塊，4是第一直流電容器和第二直流電容器，5是半導體開關，6是續(xù)流二極管，7是阻容吸收電路，8是均壓電阻，9是箝
位二極管。
具體實施方式
本實用新型提出的模塊化多電平三相電壓源變流器，包括第一組三臺變流臂1、第二組三臺變流臂、第一組三臺濾波電抗器2和第二組三臺濾波電抗器。第一組三臺變流臂的三個正極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流正極端，第一組三臺變流臂的三個負極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器的一端，第一組三臺濾波電抗器的另一端分別作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端；第二組三臺變流臂的三個負極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流負極端，第二組三臺變流臂的三個正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器的一端，第二組三臺濾波電抗器的另一端分別連接到所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端。如圖1所示，三相電壓源變流器包括兩組六臺變流臂1、兩組六臺濾波電抗器2。第一組三臺變流臂的正極端連接到一起后作為三相電壓源變流器的直流正極端DC+ ;第一組三臺變流臂的負極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器LA1、LB1、LC1的一端，LA1、LB1、LCl的另一端分別作為三相電壓源變流器的三相交流相線端A、B、C。第二組三臺變流臂的負極端連接到一起后作為三相電壓源變流器的直流負極端DC-;第二組三臺變流臂的正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器LA2、LB2、LC2的一端，第二組三臺濾波電抗器的另一端分別連接到三相電壓源變流器的三相交流相線端A、B、C。如圖2所示，每個變流臂包括若干個變流模塊3，所有變流模塊采用串聯(lián)連接(一個變流模塊的正極端連接到另一個變流模塊的負極端)，形成一個正極端“ + ”和一個負極端
U _。如圖3所示，每個變流模塊包括第一直流電容器Cl、第二直流電容器C2、第一半導體開關S1、第二半導體開關S2、第三半導體開關S3、第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2、第三續(xù)流二極管D3、箝位二極管D4、阻容吸收電路7和均壓電阻8。第一半導體開關S1、第二半導體開關S2和第三半導體開關S3的集電極分別與第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2和第三續(xù)流二極管D3的陰極相連接，第一半導體開關S1、第二半導體開關S2和第三半導體開關S3的發(fā)射極分別與第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2和第三續(xù)流二極管D3的陽極相連接。第一直流電容器Cl的正極端與第一半導體開關SI的集電極相連接，第一直流電容器Cl的負極端與第二直流電容器C2正極端及鉗位二極管D4的陰極相連接；第一半導體開關SI的發(fā)射極和第二半導體開關S2的集電極相連接作為變流模塊的正極端“ + ”，第二半導體開關S2的發(fā)射極與第三半導體開關S3的發(fā)射極及第二直流電容器C2的負極端相連接；箝位二極管D4的陽極與第三半導體S3的集電極相連接作為變流模塊的負極端阻容吸收電路7由電阻RS和電容CS組成，電阻RS和電容CS串聯(lián)后并聯(lián)在第三半導體開關S3的集電極和發(fā)射極，均壓電阻RJ也并聯(lián)在第三半導體開關S3的集電極和發(fā)射極。本實用新型的模塊化多電平三相電壓源變流器，正常工作時，一直對第三半導體開關S3施加導通門極驅(qū)動信號，使S3 —直處于導通狀態(tài)。當檢測出變流器直流側短路故障時，所有變流模塊的第一半導體開關S1、第二半導體開關S2和第三半導體開關S3立即閉鎖關斷，短路電流會迅速下降，從而有效保護所有變流模塊的半導體開關和續(xù)流二極管正
常工作。本實用新型電路中的第一半導體開關S1、第二半導體開關S2和第三半導體開關S3，可以使用任何可關斷半導體開關，S3也可以使用相控晶閘管(可控硅)(陽極對應集電極、陰極對應發(fā)射極)。S3使用相控晶閘管(可控硅)時，箝位二極管可以省去，保護動作S3門極脈沖閉鎖時，如果其電流是從陽極流向陰極，則該電流經(jīng)過一段時間后會自然降低到零。任何基于本實用新型電路所作的等效變換電路，均屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種模塊化多電平三相電壓源變流器，其特征在于，該模塊化多電平三相電壓源變流器包括第一組三臺變流臂、第二組三臺變流臂、第一組三臺濾波電抗器和第二組三臺濾波電抗器；所述的第一組三臺變流臂的三個正極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流正極端，第一組三臺變流臂的三個負極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器的一端，第一組三臺濾波電抗器的另一端分別作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端；第二組三臺變流臂的三個負極端連接到一起后作為所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的直流負極端，第二組三臺變流臂的三個正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器的一端，第二組三臺濾波電抗器的另一端分別連接到所述的模塊化多電平三相電壓源變流器的三相交流相線端。
2.如權利要求1所述的模塊化多電平三相電壓源變流器，其特征在于，其中所述的變流臂，包括多個變流模塊，多個變流模塊采用串聯(lián)連接形成一個正極端和一個負極端。
3.如權利要求2所述的模塊化多電平三相電壓源變流器，其特征在于，其中所述的變流模塊包括第一直流電容器、第二直流電容器、第一半導體開關、第二半導體開關、第三半導體開關、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第三續(xù)流二極管、箝位二極管、阻容吸收電路和均壓電阻；所述的第一半導體開關、第二半導體開關和第三半導體開關的集電極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管和第三續(xù)流二極管的陰極相連接，所述的第一半導體開關、第二半導體開關和第三半導體開關的發(fā)射極分別與所述的第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管和第三續(xù)流二極管的陽極相連接；所述的第一直流電容器的正極端與所述的第一半導體開關的集電極相連接；所述的第一直流電容器的負極端與所述的第二直流電容器正極端及所述的鉗位二極管的陰極相連接；所述的第一半導體開關的發(fā)射極和第二半導體開關的集電極相連接作為變流模塊的正極端，所述的第二半導體開關的發(fā)射極與第三半導體開關的發(fā)射極及第二直流電容器的負極端相連接；所述的箝位二極管的陽極與所述的第三半導體的集電極相連接作為變流模塊的負極端；所述的阻容吸收電路和均壓電阻分別并聯(lián)于第三半導體開 關的集電極和發(fā)射極。
專利摘要本實用新型涉及一種模塊化多電平三相電壓源變流器，屬于電氣自動化設備領域。包括六臺變流臂、六臺濾波電抗器；第一組三臺變流臂的三個正極端連接到一起后作為變流器的直流正極端，其負極端分別連接到第一組三臺濾波電抗器的一端，第一組三臺濾波電抗器的另一端分別作為變流器的三相交流相線端；第二組三臺變流臂的三個負極端連接到一起后作為變流器的直流負極端，其正極端分別連接到第二組三臺濾波電抗器的一端，第二組三臺濾波電抗器的另一端分別連接到變流器的三相交流相線端。本實用新型的模塊化多電平三相電壓源變流器可以實現(xiàn)多電平的高壓變流應用及實現(xiàn)兩臺變流器的直流側背靠背連接，且可以實現(xiàn)直流側短路時的保護。
文檔編號H02M7/49GK203086368SQ201220730710
公開日2013年7月24日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2012年12月26日
發(fā)明者劉文華, 饒宏, 宋強, 許樹楷, 李笑倩, 李立浧 申請人:清華大學, 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司