N輸入三相3n+3開關(guān)組mmc整流器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器及其控制方法。整流器包括N個三相輸入交流電源、N個三相交流電感、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和整流負(fù)載；第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂均由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成；每個開關(guān)組均由n個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成；第k個三相交流電源的三端作為第k路輸入，其中k的取值為1~N。該整流器采用載波移相PWM控制，N個輸入交流電源變換成N路2n+1電平的交流輸入，整流疊加后給負(fù)載供電，且MMC功率開關(guān)單元中每個開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力僅為直流電源電壓的1/n，解決了開關(guān)管的均壓問題，適合多個三相交流電源輸入、高壓和大功率場合的應(yīng)用。
【專利說明】N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模塊組合多電平變換器(MMC)領(lǐng)域，具體涉及一種N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前功率整流器正向小型化、高可靠性和低損耗方向發(fā)展，在這種趨勢下出現(xiàn)兩種改進(jìn)整流器的方向:減少無源器件或者改進(jìn)整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以減少有源器件作為減少有源器件方向的新進(jìn)展。三相3N+3開關(guān)整流器相對于傳統(tǒng)的6N開關(guān)整流器減少了 3N-3個開關(guān)及相應(yīng)的驅(qū)動電路，在考慮成本與體積的應(yīng)用中占有一定的優(yōu)勢。然而，3N+3開關(guān)整流器的N路三相輸入均轉(zhuǎn)換為兩電平，輸入交流波形比較差。此外，3N+3個開關(guān)中每個開關(guān)承受的電壓應(yīng)力為直流母線電壓的一半，且存在3N+3個開關(guān)管的均壓問題，這極大的限制了三相3N+3開關(guān)整流器在高壓和大功率場合的應(yīng)用。
[0003]近年來，多電平變換技術(shù)得到不斷推廣，并已成功應(yīng)用在諸如高壓直流輸電、電力傳動、有源濾波、靜止同步補(bǔ)償?shù)裙I(yè)領(lǐng)域，目前常見的電壓型多電平整流器拓?fù)浯笾驴煞譃橄湮恍秃蛦卧壜?lián)型兩大類。模塊組合多電平變換器(Modular Multilevel Converter,MMC)作為一種新型的多電平拓?fù)?，除了具有傳統(tǒng)多電平整流器的優(yōu)點(diǎn)，模塊組合多電平整流器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和冗余工作；具有不平衡運(yùn)行能力、故障穿越和恢復(fù)能力，系統(tǒng)可靠性高；由于具有公共直流母線，模塊組合多電平整流器尤其適用于高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用。然而，當(dāng)N條不同頻率的三相交流線路的相連時，需要2N個MMC整流器，這極大的增加了工程成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器及其控制方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下。
[0006]N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器包括N個三相輸入交流電源、N個三相交流電感、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和負(fù)載；所述第一橋臂由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成，所述第三橋臂由N+1個開關(guān)組和2個電感串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個開關(guān)組由η個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個開關(guān)組由η個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，第三橋臂的第i個開關(guān)組由η個功率開關(guān)單元串聯(lián)而成，其中i的取值為I~N+1 ;第1^個三相輸入交流電源的三端作為第k路輸入，其中k的取值為I~N，Ν>2, η為正整數(shù)。
[0007]上述的N輸入三相3Ν+3開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的兩個電感相互耦合，構(gòu)成一對稱合電感；第二橋臂的兩個電感相互稱合，構(gòu)成一對稱合電感；第三橋臂的兩個電感相互稱合，構(gòu)成一對稱合電感。
[0008]上述的N輸入三相3Ν+3開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的第I個開關(guān)組的下端與第一橋臂的第一電感的一端連接，第一橋臂中2個電感的第一電感的另一端與第一橋臂的第2個開關(guān)組的上端連接；第一橋臂的第i個開關(guān)組的下端與第一橋臂的第i+Ι個開關(guān)組的上端的下端與第一橋臂的第二電感的一端連接，第一橋臂的第二電感的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組的上端連接；第二橋臂的電路結(jié)構(gòu)、第三橋臂的電路結(jié)構(gòu)與第一橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致;第k個三相輸入交流電源的u相電源的一端與第k個三相輸入交流電源的V相電源的一端、第k個三相輸入交流電源的w相電源的一端連接，第k個三相輸入交流電源的u相電源的另一端與第k個三相交流電感的u相電感的一端連接,第k個三相交流電感的u相電感的另一端與第一橋臂的第k+Ι個開關(guān)組的上端；第k個三相輸入交流電源的V相電源的另一端與第k個三相交流電感的V相電感的一端連接，第k個三相交流電感的V相電感的另一端與第二橋臂的第k+Ι個開關(guān)組的上端連接；第k個三相輸入交流電源的w相電源的另一端與第k個三相交流電感的w相電感的一端連接,第k個三相交流電感的w相電感的另一端與第三橋臂的第k+Ι個開關(guān)組的上端連接，其中k的取值為I?N-1 ;第N個三相輸入交流電源的u相電源的一端與第N個三相輸入交流電源的V相電源的一端、第N個三相輸入交流電源的w相電源的一端連接，第N個三相輸入交流電源的u相電源的另一端與第N個三相交流電感的u相電感的一端連接,第N個三相交流電感的u相電感的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組的下端；第N個三相輸入交流電源的V相電源的另一端與第N個三相交流電感的V相電感的一端連接，第N個三相交流電感的V相電感的另一端與第二橋臂的第N+1個開關(guān)組的下端連接；第N個三相輸入交流電源的w相電源的另一端與第N個三相交流電感的w相電感的一端連接,第N個三相交流電感的w相電感的另一端與第三橋臂的第N+1個開關(guān)組的下端連接；第一橋臂的第I個開關(guān)組的上端與第二橋臂的第I個開關(guān)組的上端、第三橋臂的第I個開關(guān)組的上端、負(fù)載的一端連接，負(fù)載的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組的下端、第二橋臂的第N+1個開關(guān)組的下端、第三橋臂的第N+1個開關(guān)組的下端、地端連接。
[0009]上述的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器中，功率開關(guān)單元由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管和電容構(gòu)成。其中，電容的正極與第一開關(guān)管的集電極、第一二極管的陰極連接，第一開關(guān)管的發(fā)射極與第一二極管的陽極、第二開關(guān)管的集電極、第二二極管的陰極連接，第二開關(guān)管的發(fā)射極與第二二極管的陽極、電容的負(fù)極連接；第二開關(guān)管的集電極作為第一輸出端，第二開關(guān)管的發(fā)射極作為第二輸出端。
[0010]上述的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器中，第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二輸出端與第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j+Ι個功率開關(guān)單元的第一輸出端連接，其中j取值為I?n-1，i取值為I?N+1 ;第二橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二輸出端與第二橋臂的第i個開關(guān)組的第j+Ι個功率開關(guān)單元的第一輸出端連接；第三橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二輸出端與第三橋臂的第i個開關(guān)組的第j+Ι個功率開關(guān)單元的第一輸出端連接。
[0011]上述的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器的控制方法中，采用載波移相PWM控制第一橋臂的每個開關(guān)組、第二橋臂的每個開關(guān)組和第三橋臂的每個開關(guān)組的每個開關(guān)管的開通與關(guān)斷，其中i取值為I?N+1 ;第一橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元、第二橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元和第三橋臂的第i個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元均采用相同三角波作為第j個載波Cj，其中j的取值為I?η ;n個載波依次滯后相角360° /n ;第k個三相輸入交流電源的第一橋臂的端采用第一橋臂的第k個正弦波Rsuk疊加第k個直流偏置Rdtjk得到第一橋臂的第k個調(diào)制波Rsuk+Rd。,，其中k的取值為I~N ;第k個負(fù)載的第二橋臂的端采用第二橋臂的第k個正弦波Rsvk疊加第k個直流偏置Rdtjk得到第二橋臂的第k個調(diào)制波RSvk+Rd()k ;第k個負(fù)載的第三橋臂的端采用第三橋臂的第k個正弦波Rswk疊加第k個直流偏置Rdtjk得到第三橋臂的第k個調(diào)制波RSwk+Rd()k;第一橋臂的第k個正弦波RSuk、第二橋臂的第k個正弦波Rsvk和第三橋臂的第k個正弦波Rswk相位依次相差120°。
[0012]上述控制方法中，第一橋臂的第k個調(diào)制波RSuk+Rd()k與第j個載波?.通過第k個比較器，當(dāng)?shù)谝粯虮鄣牡趉個調(diào)制波Rsuk+Rd。,大于第j個載波Cj時，第k個比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)谝粯虮鄣牡趉個調(diào)制波Rsuk+Rd()k小于第j個載波&時，第k個比較器輸出低電平，其中k的取值為I~N ;第I個比較器的輸出作為第一橋臂的第I個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平；第k-Ι個比較器的輸出通過第k-Ι個非門，第k-1個非門的輸出與第k個比較器的輸出通過第k-Ι個異或門得到第一橋臂的第k個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平，其中k的取值為2~N ;第N個比較器的輸出通過第N個非門得到第一橋臂的第N+1個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平；第二橋臂的第k個調(diào)制波RSvk+Rd()k與第j個載波&通過第N+k個比較器，當(dāng)?shù)诙虮鄣牡趉個調(diào)制波RSvk+Rd。,大于第j個載波Cj時，第N+k個比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)诙虮鄣牡趉個調(diào)制波RSvk+Rd。,小于第j個載波Cj時，第N+k個比較器輸出低電平，其中k的取值為I~N ;第N+1個比較器的輸出作為第二橋臂的第I個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平；第Ν+k-l個比較器的輸出通過第Ν+k-l個非門，第Ν+k-l個非門的輸出與第N+k個比較器的輸出通過第N-1+k-l個異或門得到第二橋臂的第k個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平，其中k的取值為2~N ;第2*N個比較器的輸出通過第2*N個非門得到第二橋臂的第N+1個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平；第三橋臂的第k個調(diào)制波RSwk+Rd()k與第j個載波Cj通過第2*N+k個比較器，當(dāng)?shù)谌龢虮鄣牡趉個調(diào)制波RSwk+Rd。,大于第j個載波Cj時，第2*N+k個比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)谌龢虮鄣牡趉個調(diào)制波RSwk+Rd。,小于第j個載波Cj時，第2*N+k個比較器輸出低電平，其中k的取值為I~N ;第2*N+1個比較器的輸出作為第三橋臂的第I個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平；第2*N+k-l個比較器的輸出通過第2*N+k-l個非門，第2*N+k-l個非門的輸出與第2*N+k個比較器的輸出通過第2* (N-1)+k-Ι個異或門得到第三橋臂的第k個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平，其中k的取值為2~N;第3*N個比較器的輸出通過第3*N個非門得到第三橋臂的第N+1個開關(guān)組的第j個功率開關(guān)單元的第二開關(guān)管門極的控制電平。
[0013]N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器的工作模式包括同頻工作模式和異頻工作模式，同頻工作模式中，N路三相輸入的頻率相同，幅值不相同；異頻工作模式中，N路三相輸入的頻率和幅值均不同。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)勢為:N路三相輸入交流電源均轉(zhuǎn)換為N路線電壓為2n+l電平的交流輸入，輸入電流波形質(zhì)量很高，功率開關(guān)單元中每個開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的1/n，同時能保證整流器工作過程中所有開關(guān)管承受的電壓相等，很好的解決了開關(guān)管的均壓問題。與現(xiàn)有的三相3N+3開關(guān)整流器相比較，本發(fā)明所提供的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器的N路三相輸入交流電源均轉(zhuǎn)換為N路線電壓為2n+l電平的交流輸入，輸入交流波形的質(zhì)量有了極大的提高。此外，每個開關(guān)管的承受的電壓應(yīng)力僅為直流母線電壓的1/n，且本發(fā)明所提供的控制方法使整流器工作過程中所有開關(guān)管承受的電壓相等，很好的解決了開關(guān)管的均壓問題，這將非常有利于N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器在高壓和大功率場合的應(yīng)用。與現(xiàn)有的MMC整流器相比較，本發(fā)明所提供的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器具有N路三相交流輸出，可直接用于N條不同頻率的三相交流線路的相連，極大的降低了工程成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是圖1所示的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器的開關(guān)功率單元的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3是圖1所示的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器的載波移相PWM控制結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖4a、4b是三輸入三相十二開關(guān)組MMC逆變器分別工作于同頻工作模式和異頻工作模式下的調(diào)制波；
[0019]圖5a、5b是三輸入三相十二開關(guān)組九電平MMC逆變器工作于同頻工作模式和異頻工作模式的仿真波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行具體說明。但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
[0021]參考圖1，本發(fā)明的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器，包括N個三相輸入交流電源(uul、Uvl> Uwlj Uu2> Uv2> uw2j …，Uun-, uvN> uwN)> N 個二相父電感(Lul、Lvl> Lwlj Lu2> Lv2>Lw2,…，1ｕｎ、1ｕｎ、1ｕｎ)、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和負(fù)載1?;所述第一橋臂由奸1個開關(guān)組(Bul、Bu2,…、BU(N+1))和2個電感(Lul、Lu2)串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個開關(guān)組(Bvl, Bv2,…、BV(N+1))和2個電感(Lvl、Lv2)串聯(lián)而成，所述第三橋臂由N+1個開關(guān)組(Bwl、Bw2>…、BW(N+1))和2個電感(Lw1、Lw2)串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個開關(guān)組Bui由η個功率開關(guān)單元(SMBuil、SMBui2、-,SMeuin)串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個開關(guān)組Bvi由η個功率開關(guān)單元(SMBvil、SMBvi2,…、SMevin)串聯(lián)而成，第三橋臂的第i個開關(guān)組Bwi由η個功率開關(guān)單元(SMBwil、SMBwi2、…、SMBwin)串聯(lián)而成，其中i的取值為I~N+1 ;第k個三相輸入交流電源的三端作為第k路輸入，其中k的取值為I~N，N>2。
[0022]第一橋臂的第I個開關(guān)組Bul的下端P與第一橋臂的第一電感Lul的一端連接，第一橋臂的第一電感Lul的另一端與第一橋臂的第2個開關(guān)組Bu2的上端ο連接；第一橋臂的第i個開關(guān)組Bui的下端與第一橋臂的第i+Ι個開關(guān)組Bu(i+1)的上端連接，其中i的取值為2~N-1 ;第一橋臂的第N個開關(guān)組Bun的下端與第一橋臂的第二電感Lu2的一端連接，第一橋臂的第二電感Lu2的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組Bu(n+1)的上端連接；第二橋臂的電路結(jié)構(gòu)、第三橋臂的電路結(jié)構(gòu)與第一橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致；第k個三相輸入交流電源的u相電源Uuk的一端與第k個三相輸入交流電源的V相電源Uvk的一端、第k個三相輸入交流電源的W相電源Uwk的一端連接，第k個三相輸入交流電源的U相電源Uuk的另一端與第k個三相交流電感的u相電感Luk的一端連接,第k個三相交流電感的u相電感Luk的另一端與第一橋臂的第k+Ι個開關(guān)組Bu(k+1)的上端；第k個三相輸入交流電源的V相電源Uvk的另一端與第k個三相交流電感的V相電感Lvk的一端連接,第k個三相交流電感的V相電感Lvk的另一端與第二橋臂的第k+Ι個開關(guān)組Bv(k+1)的上端連接；第k個三相輸入交流電源的W相電源Uwk的另一端與第k個三相交流電感的W相電感Lwk的一端連接,第k個三相交流電感的w相電感Lwk的另一端與第三橋臂的第k+Ι個開關(guān)組Bw(k+1)的上端連接，其中k的取值為I~N-1 ;第N個三相輸入交流電源的u相電源Uun的一端與第N個三相輸入交流電源的V相電源uvN的一端、第N個三相輸入交流電源的W相電源uwN的一端連接，第N個三相輸入交流電源的U相電源Uun的另一端與第N個三相交流電感的u相電感Lun的一端連接，第N個三相交流電感的u相電感Lun的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組Bu(n+1)的下端；第N個三相輸入交流電源的V相電源uvN的另一端與第N個三相交流電感的V相電感Lvn的一端連接，第N個三相交流電感的V相電感Lvn的另一端與第二橋臂的第N+1個開關(guān)組Bv_的下端連接個三相輸入交流電源的w相電源Uwn的另一端與第N個三相交流電感的w相電感Lwn的一端連接,第N個三相交流電感的w相電感Lwn的另一端與第三橋臂的第N+1個開關(guān)組Bw_的下端連接；第一橋臂的第I個開關(guān)組Bul的上端與第二橋臂的第I個開關(guān)組Bvl的上端、第三橋臂的第I個開關(guān)組Bwl的上端、負(fù)載R的一端連接，負(fù)載R的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組Bu(n+1)的下端、第二橋臂的第N+1個開關(guān)組Bv(n+1)的下端、第三橋臂的第N+1個開關(guān)組Bw(n+1)的下端、地端G連接。
[0023]圖2示出圖1所示的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器的開關(guān)功率單元的電路結(jié)構(gòu)圖。功率開關(guān)單元由第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一二極管D1、第二二極管D2和電容Csm構(gòu)成。其中，電容Csm的正極與第一開關(guān)管S1的集電極、第一二極管D1的陰極連接，第一開關(guān)管S1的發(fā)射極與第一二極管D1的陽極、第二開關(guān)管S2的集電極、第二二極管D2的陰極連接，第二開關(guān)管S2的發(fā)射極與第二二極管D2的陽極、電容Csm的負(fù)極連接；第二開關(guān)管S2的集電極作為第一輸出端，第二開關(guān)管S2的發(fā)射極作為第二輸出端。 [0024]如圖1所示，第一橋臂的第i個開關(guān)組Bui的第j個功率開關(guān)單元SMbuu的第二輸出端與第一橋臂的第i個開關(guān)組Bui的第j+Ι個功率開關(guān)單元δΜΜ?+1)的第一輸出端連接，其中j取值為I~n-1，i取值為I~N+1 ;第二橋臂的第i個開關(guān)組Bvi的第j個功率開關(guān)單元SMbvu的第二輸出端與第二橋臂的第i個開關(guān)組Bvi的第j+Ι個功率開關(guān)單元
的第一輸出端連接；第三橋臂的第i個開關(guān)組Bvi的第j個功率開關(guān)單元SMBvij的第二輸出端與第三橋臂的第i個開關(guān)組Bvi的第j+Ι個功率開關(guān)單元 SMBvi (j+1) 的第一輸出端連接。
[0025]令第k個三相輸入交流電源的U相電壓源為Uiik = Uk cos(+ % )，第k個三相輸入交流電源的V相電壓源為《wt = Uk COS(U)/ + φ,' -1 2()。)，第k個三相輸入交流電源的W相電
壓源為 K,; = Ut COS (H',,/ + </;,, +120°)，則:
[0026]
Rsuk =^^-cos(w,i + %)
[0027]
【權(quán)利要求】
1.N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器，其特征在于:包括N個三相輸入交流電源(mu1、"k/、"ir/…，u通、uvN、uwN)、N 個二相父電感、Lul、LVpLirl，LU2^LY2^Lw2t …，Lu^Lvn'4#)、第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和負(fù)載0?);所述第一橋臂由N+1個開關(guān)組(BfBf…、BU(N+1))和2個電感(4/、&)串聯(lián)而成，所述第二橋臂由N+1個開關(guān)組(Bv1、Bv2、…、Bv_)和2個電感(ZfZJ串聯(lián)而成，所述第三橋臂由N+1個開關(guān)組(Bw1、Bw2、…、Bw(n+1))和2個電感awl、Lv2)串聯(lián)而成；第一橋臂的第i個開關(guān)組(Bui)由η個功率開關(guān)單元(SMBuil、SMBui2、…、SMeuin)串聯(lián)而成，第二橋臂的第i個開關(guān)組(Bvi)由η個功率開關(guān)單元(SMBvil、SMevi2,…、SMevin)串聯(lián)而成，第三橋臂的第i個開關(guān)組(Bwi)由η個功率開關(guān)單元(SMBwil、SMewi2,…、SMBwin)串聯(lián)而成，其中i的取值為fN+Ι ;第1^個三相輸入交流電源的三端作為第k路輸入，其中k的取值為1、，Ν>2, η為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N輸入三相3Ν+3開關(guān)組MMC整流器，其特征在于:第一橋臂的兩個電感(Z?7、ZJ相互耦合，構(gòu)成一對耦合電感；第二橋臂的兩個電感(ZK7、相互耦合，構(gòu)成一對稱合電感；第三橋臂的兩個電感相互稱合，構(gòu)成一對稱合電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器，其特征在于:第一橋臂的第I個開關(guān)組(Bul)的下端(P)與第一橋臂中2個電感的第一電感(Z?7)的一端連接，第一橋臂的第一電感(40的另一端與第一橋臂的第2個開關(guān)組(Bu2)的上端(ο)連接；第一橋臂的第i個開關(guān)組(Bui)的下端與第一橋臂的第i+Ι個開關(guān)組(Bu(i+1))的上端(連接，其中i的取值為2~N-1 ;第一橋臂的第N個開關(guān)組(Bun)的下端與第一橋臂的第二電感(Zw)的一端連接，第一橋臂的第二電感(^)的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組(Bu_)的上端連接；第二橋臂的電路結(jié)構(gòu)、第三橋臂的電路結(jié)構(gòu)與第一橋臂的電路結(jié)構(gòu)完全一致；第k個三相輸入交流電源的u相電源(~)的一端與第k個三相輸入交流電源的V相電源(&,)的一端、第k個三相輸入交流電源的w相電源(《rf)的一端連接，第k個三相輸入交流電源的u相電源(?)的另一端與第k個三相交流電感的u相電感(Ztd)的一端連接,第k個三相交流電感的u相電感(Zii)的另一端與第一橋臂的第k+Ι個開關(guān)組(Bu(k+1))的上端；第k個三相輸入交流電源的V相電源(Wli)的另一端與第k個三相交流電感的V相電感(Zrt)的一端連接，第k個三相交流電感的V相電感(Zrt)的另一端與第二橋臂的第k+Ι個開關(guān)組(Bv(k+1))的上端連接；第k個三相輸入交流電源的w相電源(Wri)的另一端與第k個三相交流電感的w相電感(Zri)的一端連接,第k個三相交流電感的w相電感(Zri)的另一端與第三橋臂的第k+Ι個開關(guān)組(Bw(k+1))的上端連接，其中k的取值為fN-1 個三相輸入交流電源的u相電源(~)的一端與第N個三相輸入交流電源的V相電源(~#)的一端、第N個三相輸入交流電源的w相電源(％#)的一端連接，第N個三相輸入交流電源的u相電源(~)的另一端與第N個三相交流電感的u相電感(Zirf)的一端連接，第N個三相交流電感的u相電感(Aw)的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組(BU(N+1))的下端；第N個三相輸入交流電源的V相電源(義#)的另一端與第N個三相交流電感的V相電感(Zkv)的一端連接,第N個三相交流電感的V相電感(Zkv)的另一端與第二橋臂的第N+1個開關(guān)組(Bv_)的下端連接；第N個三相輸入交流電源的w相電源的另一端與第N個三相交流電感的w相電感(Zkv)的一端連接，第N個三相交流電感的w相電感(Zkv)的另一端與第三橋臂的第Ν+1個開關(guān)組(Bw(n+1))的下端連接；第一橋臂的第I個開關(guān)組(Bul)的上端與第二橋臂的第I個開關(guān)組(Bvl)的上端、第三橋臂的第I個開關(guān)組(Bwl)的上端、負(fù)載0?)的一端連接，負(fù)載0?)的另一端與第一橋臂的第N+1個開關(guān)組(BU(N+1))的下端、第二橋臂的第N+1個開關(guān)組(BV(N+1))的下端、第三橋臂的第N+1個開關(guān)組(Bw_)的下端、地端(O連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器，其特征在于:功率開關(guān)單元由第一開關(guān)管(?)、第二開關(guān)管(?)、第一二極管(4)、第二二極管(4)和電容(&#)構(gòu)成，其中，電容(Csm)的正極與第一開關(guān)管(?)的集電極、第一二極管(A)的陰極連接，第一開關(guān)管(?)的發(fā)射極與第一二極管(久)的陽極、第二開關(guān)管(?)的集電極、第二二極管(4)的陰極連接，第二開關(guān)管(?)的發(fā)射極與第二二極管(4)的陽極、電容(G#)的負(fù)極連接；第二開關(guān)管(?)的集電極作為第一輸出端，第二開關(guān)管(?)的發(fā)射極作為第二輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器，其特征在于:第一橋臂的第i個開關(guān)組(Bui)的第j個功率開關(guān)單元(SMbuu)的第二輸出端與第一橋臂的第i個開關(guān)組(Bui)的第j+Ι個功率開關(guān)單元(SMBum+1))的第一輸出端連接，其中j取值為fn-1，i取值為fN+Ι ;第二橋臂的第i個開關(guān)組(Bvi)的第j個功率開關(guān)單元(SMbvu)的第二輸出端與第二橋臂的第i個開關(guān)組(Bvi)的第j+Ι個功率開關(guān)單元(SMBv&+1))的第一輸出端連接；第三橋臂的第i個開關(guān)組(Bvi)的第j個功率開關(guān)單元(SMBvij)的第二輸出端與第三橋臂的第i個開關(guān)組(Bvi)的第j+Ι個功率開關(guān)單元(SMBvm+1))的第一輸出端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器，其特征在于:工作模式包括同頻工作模式和異頻工作模式，同頻工作模式中，N路三相輸入的頻率相同，幅值不相同；異頻工作模式中，N路三相輸入的頻率和幅值均不同。
7.用于權(quán)利要求1所述的N輸入三相3N+3開關(guān)組MMC整流器的控制方法，其特征在于:采用載波移相PWM控制第一橋臂的每個開關(guān)組(Bui)、第二橋臂的每個開關(guān)組(Bvi)和第三橋臂的每個開關(guān)組(Bwi)的每個開關(guān)管的開通與關(guān)斷，其中i取值為fN+Ι ;第一橋臂的第i個開關(guān)組(Bui)的第j個功率開關(guān)單元(SMBuip、第二橋臂的第i個開關(guān)組(Bvi)的第j個功率開關(guān)單元(SMbvu)和第三橋臂的第i個開關(guān)組(Bwi)的第j個功率開關(guān)單元(SMbwu)均采用相同三角波作為第j個載波?.，其中j的取值為fn ;n個載波(G、G、…、Cn)依次滯后相角360° /n ;第1^個三相輸入交流電源的第一橋臂的端采用第一橋臂的第k個正弦波/Pm疊加第k個直流偏置TP-得到第一橋臂的第k個調(diào)制波TPm+7?-，其中k的取值為 ;第k個負(fù)載的第二橋臂的端(arf)采用第二橋臂的第k個正弦波/Pg疊加第k個直流偏Hk得到第二橋臂的第k個調(diào)制波/Pm+/?-;第k個負(fù)載的第三橋臂的端采用第三橋臂的第k個正弦波TPm疊加第k個直流偏置得到第三橋臂的第k個調(diào)制波;第一橋臂的第k個正弦波/Pm、第二橋臂的第k個正弦波TPg和第三橋臂的第k個正弦波TPm相位依次相差120°。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于:第一橋臂的第k個調(diào)制波^-+^-與第j個載波Cj通過第k個比較器，當(dāng)?shù)谝粯虮鄣牡趉個調(diào)制波/Pm+/?-大于第j個載波Cj時，第k個比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)谝粯虮鄣牡趉個調(diào)制波/Pm+/?-小于第j個載波Cj時，第k個比較器輸出低電平，其中k的取值為1、；第I個比較器的輸出作為第一橋臂的第I個開關(guān)組(Bul)的第j個功`率開關(guān)單元(SMbuu)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平(&?")；第k-Ι個比較器的輸出通過第k-Ι個非門，第k-1個非門的輸出與第k個比較器的輸出通過第k-Ι個異或門得到第一橋臂的第k個開關(guān)組(Buk)的第j個功率開關(guān)單元(SMbuw)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平(&_.)，其中k的取值為2、個比較器的輸出通過第N個非門得到第一橋臂的第N+1個開關(guān)組(Bu(n+1))的第j個功率開關(guān)單元(SMBu(N+1)j)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平(&?%&.);第二橋臂的第k個調(diào)制波TPg+/?-與第j個載波?.通過第N+k個比較器，當(dāng)?shù)诙虮鄣牡趉個調(diào)制波大于第j個載波?.時，第N+k個比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)诙虮鄣牡趉個調(diào)制波/小于第j個載波?.時，第N+k個比較器輸出低電平，其中k的取值為1、;第N+1個比較器的輸出作為第二橋臂的第I個開關(guān)組(Bvl)的第j個功率開關(guān)單元(SMBvlj)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平(&&);第N+k-ι個比較器的輸出通過第Ν+k-l個非門，第Ν+k-l個非門的輸出與第N+k個比較器的輸出通過第N-1+k-l個異或門得到第二橋臂的第k個開關(guān)組(Bvk)的第j個功率開關(guān)單元(SMBvkj)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平(?%.)，其中k的取值為2、;第2*N個比較器的輸出通過第2*N個非門得到第二橋臂的第N+1個開關(guān)組(Bv_)的第j個功率開關(guān)單元(SMBv(N+1)j)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平;第三橋臂的第k個調(diào)制波與第j個載波?.通過第2*N+k個比較器，當(dāng)?shù)谌龢虮鄣牡趉個調(diào)制波大于第j個載波?.時，第2*N+k個比較器輸出高電平，當(dāng)?shù)谌龢虮鄣牡趉個調(diào)制波小于第j個載波Cj時，第2*N+k個比較器輸出低電平，其中k的取值為1、；第2*N+1個比較器的輸出作為第三橋臂的第I個開關(guān)組(Bwl)的第j個功率開關(guān)單元(SMbwu)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平(5^77.);第2*N+k-l個比較器的輸出通過第2*N+k-l個非門，第2*N+k-l個非門的輸出與第2*N+k個比較器的輸出通過第2*(N-l)+k-l個異或門得到第三橋臂的第k個開關(guān)組(Bwk)的第j個功率開關(guān)單元(SMbww)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平(5^.)，其中k的取值為`2、；第3*N個比較器的輸出通過第3*N個非門得到第三橋臂的第N+1個開關(guān)組(Bw_)的第j個功率開關(guān)單元(SMBw(N+1)j)的第二開關(guān)管(?)門極的控制電平(5^^";,.)。
【文檔編號】H02M7/12GK103762863SQ201410042836
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】張波, 付堅(jiān), 丘東元 申請人:華南理工大學(xué)