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专利号: 2021112838611
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双箝位自阻断自平衡子模块,其特征在于,所述子模块包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管DS1、第四二极管DS2、第一开关S1、第二开关S2和开关网络U;

开关网络U的1号端口与第一电容C1的正极连接,开关网络U的2号端口与第一电容C1的负极连接;第一电容C1的正极与第一开关S1的一端连接,第一开关S1的另一端与第一二极管D1的阴极连接,第一二极管D1的阳极与第一电容C1的负极连接;第一开关S1的一端还与第三二极管DS1的阴极连接,第一开关S1的另一端还与第三二极管DS1的阳极连接;第一二极管D1的阴极作为第一输出端O;

开关网络U的3号端口与第二电容C2的正极连接,开关网络U的4号端口与第二电容C2的负极连接;第二电容C2的正极与第二二极管D2的阴极连接,第二二极管D2的阳极与第二开关S2的一端连接,第二开关S2的另一端与第二电容C2的负极连接;第二开关S2的一端还与第四二极管DS2的阴极连接,第二开关S2的另一端还与第四二极管DS2的阳极连接;第二二极管D2的阳极作为第二输出端O′。

2.根据权利要求1所述的双箝位自阻断自平衡子模块,其特征在于,所述开关网络U包括5种电流通路模态,具体为:

第一电流通路模态:1号端口与4号端口连通,电流双向流动;

第二电流通路模态:1号端口与3号端口连通,电流双向流动;2号端口与4号端口连通,电流双向流动;

第三电流通路模态:2号端口与3号端口连通,电流双向流动;

第四电流通路模态:2号端口与3号端口连通,电流单向流动,从2号端口流向3号端口;

第五电流通路模态:1号端口与4号端口连通,电流单向流动,从4号端口流向1号端口。

3.根据权利要求2所述的双箝位自阻断自平衡子模块,其特征在于,第一电容C1或第二电容C2的电压为电容电压;

当第一开关S1、第二开关S2导通,且开关网络U处于第一电流通路模态时,子模块第一输出端和第二输出端之间产生零电压;

当第一开关S1、第二开关S2导通,且开关网络U处于第二电流通路模态时,子模块第一输出端和第二输出端之间产生一倍电容电压;

当第一开关S1、第二开关S2导通,且开关网络U处于第三电流通路模态时,子模块第一输出端和第二输出端之间产生二倍电容电压;

当第一开关S1、第二开关S2关断,且开关网络U处于第四电流通路模态时,子模块第一输出端和第二输出端之间产生二倍电容电压;

当第一开关S1、第二开关S2关断,且开关网络U处于第五电流通路模态时,子模块第一输出端和第二输出端之间产生负的二倍电容电压。

4.根据权利要求3所述的双箝位自阻断自平衡子模块,其特征在于,所述开关网络U包括五个晶体管和五个电力二极管;五个晶体管包括第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4和第五晶体管T5;五个电力二极管包括第一电力二极管DT1、第二电力二极管DT2、第三电力二极管DT3、第四电力二极管DT4和第五电力二极管DT5;

第一晶体管T1的集电极作为1号端口与第一电容C1的正极连接,第一晶体管T1的集电极还与第一电力二极管DT1的阴极连接,第一电力二极管DT1的阳极与第一晶体管T1的发射极连接,第一晶体管T1的发射极与第三晶体管T3的发射极连接,第三晶体管T3的发射极与第三电力二极管DT3的阳极连接,第三电力二极管DT3的阴极与第三晶体管T3的集电极连接,第三晶体管T3的集电极作为3号端口与第二电容C2的正极连接;

第一晶体管T1的发射极还与第五晶体管T5的集电极连接,第五晶体管T5的集电极还与第五电力二极管DT5的阴极连接,第五电力二极管DT5的阳极与第五晶体管T5的发射极连接,第五晶体管T5的发射极与第二晶体管T2的集电极连接,第二晶体管T2的集电极还与第二电力二极管DT2的阴极连接,第二电力二极管DT2的阳极与第二晶体管T2的发射极连接,第二晶体管T2的发射极作为2号端口与第一电容C1的负极连接;

第五晶体管T5的发射极还与第四晶体管T4的集电极连接,第四晶体管T4的集电极还与第四电力二极管DT4的阴极连接,第四电力二极管DT4的阳极与第四晶体管T4的发射极连接,第四晶体管T4的发射极作为4号端口与第二电容C2的负极连接。

5.根据权利要求4所述的双箝位自阻断自平衡子模块,其特征在于,当第一晶体管T1、第四晶体管T4、第五晶体管T5导通,第二晶体管T2、第三晶体管T3关断时,开关网络U处于第一电流通路模态;

当第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4导通,第五晶体管T5关断时,开关网络U处于第二电流通路模态;

当第二晶体管T2、第三晶体管T3、第五晶体管T5导通,第一晶体管T1、第四晶体管T4关断时,开关网络U处于第三电流通路模态;

当第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5关断时,第二电力二极管DT2、第三电力二极管DT3、第五电力二极管DT5形成从2号端口与3号端口的单向电流通路,网络U处于第四电流通路模态;

当第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5关断时,第一电力二极管DT1、第四电力二极管DT4、第五电力二极管DT5形成从2号端口与3号端口的单向电流通路,网络U处于第五电流通路模态。

6.根据权利要求1所述的双箝位自阻断自平衡子模块,其特征在于,所述第一开关S1和第二开关S2是机械断路器、接触器或IGBT中的一种或多种;当第一开关S1和第二开关S2是IGBT时,IGBT的集电极为第一开关S1和第二开关S2的一端,IGBT的发射极为第一开关S1和第二开关S2的一端。

7.根据权利要求6所述的双箝位自阻断自平衡子模块,其特征在于,当第一开关S1和第二开关S2是IGBT时,所述子模块还包括第一旁路开关和第二旁路开关;第一旁路开关与第一开关S1并联,第二旁路开关与第二开关S2并联。

8.一种模块化多电平换流器,其特征在于,所述换流器包括n个如权利要求1‑7任意一项所述的双箝位自阻断自平衡子模块;双箝位自阻断自平衡子模块依次串联连接。

9.根据权利要求8所述的模块化多电平换流器,其特征在于,所述换流器还包括p个第一电压均衡模块;所述第一电压均衡模块包括第五二极管D5、第一电感L1和第一电阻R1;

第五二极管D5的阴极作为第一电压均衡模块的第一连接端,第五二极管D5的阳极和第一电感L1的一端连接,第一电感L1的另一端和第一电阻R1的一端连接,第一电阻R1的另一端作为第一电压均衡模块的第二连接端;

每两个相邻的双箝位自阻断自平衡子模块之间连接两个第一电压均衡模块;一个第一电压均衡模块的第一连接端与第i个双箝位自阻断自平衡子模块中第二二极管D2的阴极连接,第一电压均衡模块的第二连接端与第i+1个双箝位自阻断自平衡子模块中第二二极管D2的阴极连接;另一个第一电压均衡模块的第一连接端与第i个双箝位自阻断自平衡子模块中第一二极管D1的阳极连接,第一电压均衡模块的第二连接端与第i+1个双箝位自阻断自平衡子模块中第一二极管D1的阳极连接,i=1,2,…n‑1。

10.根据权利要求8所述的模块化多电平换流器,其特征在于,所述换流器还包括q个第二电压均衡模块;所述第二电压均衡模块包括第六二极管D6、电力电子开关管Tb、第二电感L2和第二电阻R2;

第六二极管D6的阴极作为第二电压均衡模块的第一连接端,第六二极管D6的阴极还与电力电子开关管Tb的集电极连接,第六二极管D6的阳极与电力电子开关管Tb的发射极连接,电力电子开关管Tb的发射极还与第二电感L2的一端连接,第二电感L2的另一端和第二电阻R2的一端连接,第二电阻R2的另一端作为第二电压均衡模块的第二连接端;

每两个相邻的双箝位自阻断自平衡子模块之间连接一个第二电压均衡模块;第二电压均衡模块的第一连接端与第i个双箝位自阻断自平衡子模块中第二二极管D2的阴极连接,第二电压均衡模块的第二连接端与第i+1个双箝位自阻断自平衡子模块中第二二极管D2的阴极连接;或者第二电压均衡模块的第一连接端与第i个双箝位自阻断自平衡子模块中第一二极管D1的阳极连接,第二电压均衡模块的第二连接端与第i+1个双箝位自阻断自平衡子模块中第一二极管D1的阳极连接,i=1,2,…n‑1。