一种交直流多端口三电平变换器

技术领域

本发明涉及电力电子变换装置技术领域，具体地说，是一种交直流多端口三电平变换器。

背景技术

在只有直流电源供电的情况下，交流负载所需的逆变器与直流负载所需的直流变换器是独立的变换器，独立变换器越多，变换器所需的器件越多，器件的工作损耗越大；现有研究中少有能实现同时供给交流负载和直流负载的变换器，九开关变换器虽然能够实现这样的功能，但是它只能输出两电平交流，两电平谐波含量比三电平要大，效率比三电平低。此外，交流负载与直流负载对电压要求通常不同，对单一逆变器的调节灵活度不够。因此，为方便满足直流电源的灵活供电需求，提出一种交直流多端口三电平变换器，3个交流输出端能够输出幅值、频率可调的三相三电平交流电，3个直流输出端能够输出幅值可调的直流电。既可应用于低压设备，也可应用于高压大功率场合。迄今未见本发明的交直流多端口三电平变换器的文献报道和实际应用。

发明内容

本发明的目的是：解决直流源供电灵活性差的问题，改善供电质量，减小谐波畸变率，提出一种体积小、成本低、结构合理以及用途广泛的交直流多端口三电平变换器。

实现本发明目的采用的技术方案是，一种交直流多端口三电平变换器，其特征在于：它包括2个直流输入电源V

所述每相桥臂的绝缘栅双极晶体管S

所述直流输入电源V

绝缘栅双极晶体管S

绝缘栅双极晶体管S

绝缘栅双极晶体管S

三相阻感负载Z

所述低通滤波器的电容C

本发明的一种交直流多端口三电平变换器，能够将两个直流输入电压变换为一组频率、幅值皆可调的三相三电平交流电和3组幅值灵活可控的直流电。其有益的效果是：体积小、成本低、结构合理，可应用到低压设备，同时可满足高压大容量交直流应用的需求，如机车内交直流充电服务、光储并网系统等。

附图说明

图1为本发明的一种交直流多端口三电平变换器的电路原理图；

图2为模式1下的U相工作状态1的原理图；

图3为模式1下的U相工作状态2的原理图；

图4为模式1下的U相工作状态3的原理图；

图5为模式2下的U相工作状态2的原理图；

图6为三电平空间矢量图；

图7为最近三矢量合成参考电压示例图；

图8为一个开关周期内输出状态作用顺序图；

图9为交流输出端输出的线电压v

图10为交流输出端输出的三相电流波形图；

图11为直流输出端输出的直流电压v

图12为直流输出端输出的直流电流i

图13为交流输出端输出的线电压v

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，交直流多端口三电平变换器由2个直流输入电源V

所述交直流多端口三电平变换器有2种工作模式，模式1为交流输出有效工作状态，模式2为直流输出有效工作状态。交直流多端口三电平变换器工作于模式1时，保持每一相的绝缘栅双极晶体管S

模式1的工作状态1：绝缘栅双极晶体管S

模式1的工作状态2：绝缘栅双极晶体管S

模式1的工作状态3：绝缘栅双极晶体管S

模式2的工作状态1：绝缘栅双极晶体管S

模式2的工作状态2：绝缘栅双极晶体管S

所述的交直流多端口三电平变换器，交流输出采用三电平空间矢量调制策略，直流输出采用直流斩波，为避免交流输出与直流输出相互影响，在一个开关周期内对两种输出分时段调制。

在开关周期的前半个周期内，交直流多端口三电平变换器工作于模式1，保持3个直流输出端x

假设三相输出参考相电压合成的参考电压矢量为V

公式(1)中的V

在开关周期的后半个周期内，交直流多端口三电平变换器工作于模式2，保持三相交流输出端x

T

交流输出电压矢量的作用时间分配采用七段式方法，直流输出采用两段式。以A

当交流输出工作于有效状态时，直流输出工作于电感放电状态，这时的交直流多端口三电平变换器相当于一个利用三电平空间矢量调制的逆变器，输出三相电压幅值和频率可控；当直流输出工作于电感充电状态时，这时的交直流多端口三电平变换器相当于3个直流变换器，输出幅值可调的直流电压。

为了验证所述交直流多端口三电平变换器的可行性和双输出分时调制策略的有效性，通过MATLAB/Simulink进行仿真验证。仿真参数如下：开关频率为10kHz；直流输入电源V

仿真结果如图9～13所示，图9为交流输出端输出的线电压v

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式是示意性的，而非限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨的情况下，还能够做出其它形式，这些均属于本发明的保护之内。