一种三电平ANPC电路及变流器的制作方法

一种三电平anpc电路及变流器
技术领域
1.本技术涉及变流器技术领域，尤其涉及一种三电平电路及变流器。


背景技术：

2.三电平anpc电路在风电，传动，光伏等领域得到广泛应用，三电平anpc电路如图1所示，包含六个开关器件t1～t6，其中t1 和t4为anpc电路的外管，t2和t3为anpc电路的内管，t5和 t6为anpc电路的钳位管，应用于三电平电路的开关器件主要包括：绝缘栅双极型晶体管(igbt)，集成门极换流晶闸管(igct)，晶闸管(gto)。
3.三电平电路的控制方法主要包含基于载波的spwm方式或空间矢量控制(svm)方式，基于这两种方式，可以控制三电平变换器输出期望电压，但是当传统的spwm方法或svm方法直接应用于三电平anpc电路时，在三电平anpc电路中的开关器件选型一致的情况下，存在外管损耗大于内管损耗问题，引起外管结温高于内管结温，外管限制三电平模块的输出能力和寿命，同时内管利用率低，造成成本浪费。
4.为了解决内管和外管的因控制方法引起的差异性，提高各开关器件的利用率，本实用新型提出一种三电平anpc电路，可以最大限度的提高外管和内管的利用率，降低变流器的成本，同时均衡内管和外管的寿命。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是提出一种三电平anpc电路，该三电平anpc电路可以最大限度的提高外管和内管的利用率，降低变流器的成本，同时均衡内管和外管的寿命。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种三电平anpc电路，包括第一开关模块、第二开关模块、与所述第一开关模块连接的直流输入端及与第二开关模块连接的交流输出端；
7.所述第一开关模块包括至少四个连接端口，所述第二开关模块包括至少两个连接端口；
8.所述第一开关模块的三个连接端口与直流输入端的三个电位端口连接，所述第二开关模块的连接端口与所述第一开关模块的连接端口及交流输出端连接；
9.所述第一开关模块由n个双管igbt串联构成，或者由n个晶闸管串联构成；所述第二开关模块由m个双管igbt并联构成，或者由一个双管igbt构成，其中n≥2，m≥2。
10.优选地，所述直流输入端包括直流输入端口bus 、直流输入端口bus0及直流输入端口bus-；
11.所述第一开关模块的第一连接端口与直流输入端口bus 连接，所述第一开关模块的第二连接端口与直流输入端口bus0连接，所述第一开关模块的第三连接端口与直流输入端口bus-连接，所述第一开关模块的第四连接端口与第二开关模块的第一连接端口连接，第一开关模块的第五连接端口与第二开关模块的第二连接端口连接，第二开关模块的第三连接端口与交流输出端连接；所述三电平anpc电路还包括用于抑制开关器件的关断电压尖
峰的吸收电路，所述第二开关模块的连接端与所述吸收电路连接，所述吸收电路包括吸收电容及吸收电阻；所述吸收电路的第一连接端口与第二开关模块的第一连接端口连接，所述吸收电路的第二连接端口与第二开关模块的第二连接端口连接；其中，所述直流输入端口bus 的电位高于所述直流输入端口bus0的电位，直流输入端口bus0的电位高于直流输入端口bus
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的电位。
12.优选地，所述第一开关模块包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第一二极管，第二二极管、第三二极管及第四二极管，所述第一开关器件的第一端口、第一二极管的第二端口连接作为第一开关模块的第一连接端口；所述第一开关器件的第二端口、第一二极管的第一端口、第二开关器件的第一端口、第二二极管的第二端口连接作为第一开关模块的第四连接端口；所述第二开关器件的第二端口、第二二极管的第一端口、第三开关器件的第一端口、第三二极管的第二端口连接作为第一开关模块的第二连接端口；所述第三开关器件的第二端口、第三二极管的第一端口、第四开关器件的第一端口，第四二极管的第二端口连接作为第一开关模块的第五连接端口；所述第四开关器件的第二端口、第四二极管的第一端口连接作为第一开关模块的第三连接端口。
13.优选地，所述第二开关模块包括多个并联的开关桥臂，所述多个开关桥臂的第一端口相连作为第二开关模块的第一连接端口，所述多个开关桥臂的第二端口连接作为第二开关模块的第二连接端口，所述多个开关桥臂的第三端口连接作为第二开关模块的第三连接端口。
14.优选地，所述开关桥臂包括第一开关器件、第二开关器件、第一二极管及第二二极管，所述第一开关器件第一端口、第一二极管第二端口连接作为开关桥臂的第一端口，所述第一开关器件的第二端口、第一二极管的第一端口连接作为第二开关器件的第一端口，所述第二二极管的第二端口、所述第二二极管的第一端口连接作为开关桥臂的第三端口；所述第一开关器件的第二端口、第一二极管第一端口作为开关桥臂的第二端口；所述第二开关器件的第一端口、第二二极管第二端口作为开关桥臂的第二端口。
15.优选地，所述第一开关模块的开关器件包括igbt、igct、晶闸管中的一种或多种。
16.优选地，所述第二开关模块的开关器件包括igbt，igct中的一种或多种。
17.本实用新型还提供一种三电平anpc电路，包括k个上述所述的三电平anpc电路，各个所述三电平anpc电路交流侧连接在一起，各个所述三电平anpc电路直流侧的各个连接端口连接在一起；其中 k≥2。
18.采用上述结构之后，三电平anpc电路包括第一开关模块、第二开关模块、与所述第一开关模块连接的直流输入端及与第二开关模块连接的交流输出端；所述第一开关模块包括至少四个连接端口，所述第二开关模块包括至少两个连接端口；所述第一开关模块的三个连接端口与直流输入端的三个电位端口连接，所述第二开关模块的连接端口与所述第一开关模块的连接端口及交流输出端连接；所述第一开关模块由n个双管igbt串联构成，或者由n个晶闸管串联构成；所述第二开关模块由m个双管igbt并联构成，或者由一个双管igbt构成，其中n≥2，m≥2，该三电平anpc电路可以最大限度的提高外管和内管的利用率，降低变流器的成本，同时均衡内管和外管的寿命。
附图说明
19.图1为现有技术的三电平anpc拓扑图；
20.图2为本实用新型三电平anpc电路的整体电路图；
21.图3为本实用新型三电平anpc电路的第一开关模块的电路图；
22.图4为本实用新型三电平anpc电路的第二开关模块的电路图；
23.图5为本实用新型三电平anpc电路的第一开关模块及第二开关模块基于载波的状态图；
24.图6为本实用新型实施例八的吸收电路的结构图；
25.图7为本实用新型实施例七的吸收电路的结构图；
26.图8本实用新型实施例四的三电平anpc电路的电路图；
27.图9本实用新型实施例六的三电平anpc电路的电路图；
28.图10本实用新型实施例七的三电平anpc电路的电路图；
29.图11为本实施例八的三电平anpc电路的电路图。
具体实施方式
30.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
31.实施例一
32.请参阅图2至图4，图2为本实用新型三电平anpc电路的整体电路图，图3为本实用新型三电平anpc电路的第一开关模块的电路图，图4为本实用新型三电平anpc电路的第二开关模块的电路图；
33.本实施例公开了一种三电平anpc电路1，包括第一开关模块11、第二开关模块12、与所述第一开关模块11连接的直流输入端及与第二开关模块12连接的交流输出端；
34.所述第一开关模块11包括至少四个连接端口，所述第二开关模块12包括至少两个连接端口；
35.所述第一开关模块11的三个连接端口与直流输入端的三个电位端口连接，所述第二开关模块12的连接端口与所述第一开关模块11 的连接端口及交流输出端连接；
36.所述第一开关模块11由n个双管igbt串联构成；所述第二开关模块12由m个双管igbt并联构成，其中n≥2，m≥2。
37.所述直流输入端包括直流输入端口bus 、直流输入端口bus0及直流输入端口bus-；
38.所述第一开关模块11的第一连接端口与直流输入端口bus 连接，所述第一开关模块11的第二连接端口与直流输入端口bus0连接，所述第一开关模块11的第三连接端口与直流输入端口bus-连接，所述第一开关模块11的第四连接端口与第二开关模块12的第一连接端口连接，第一开关模块11的第五连接端口与第二开关模块12的第二连接端口连接，第二开关模块12的第三连接端口与交流输出端连接，吸收电路13的第一连接端口与第二开关模块12的第一连接端口连接，吸收电路13的第二连接端口与第二开关模块12的第二连接端口连接；其中，所述直流输入端口bus 的电位高于所述直流输入端口 bus0的电位，直流输入
端口bus0的电位高于直流输入端口bus-的电位。
39.所述第一开关模块11包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，所述第一开关器件的第一端口、第一二极管的第二端口连接作为第一开关模块1111的第一连接端口；所述第一开关器件的第二端口、第一二极管的第一端口、第二开关器件的第一端口、第二二极管的第二端口连接作为第一开关模块1111的第四连接端口；所述第二开关器件的第二端口、第二二极管的第一端口、第三开关器件的第一端口、第三二极管的第二端口连接作为第一开关模块1111的第二连接端口；所述第三开关器件的第二端口、第三二极管的第一端口、第四开关器件的第一端口，第四二极管的第二端口连接作为第一开关模块1111的第五连接端口；所述第四开关器件的第二端口、第四二极管的第一端口连接作为第一开关模块1111的第三连接端口。
40.所述第二开关模块12包括多个并联的开关桥臂，所述多个开关桥臂的第一端口相连作为第二开关模块12的第一连接端口，所述多个开关桥臂的第二端口连接作为第二开关模块12的第二连接端口，所述多个开关桥臂的第三端口连接作为第二开关模块12的第三连接端口。
41.所述开关桥臂包括第一开关器件、第二开关器件、第一二极管及第二二极管，所述第一开关器件第一端口、第一二极管第二端口连接作为开关桥臂的第一端口，所述第一开关器件的第二端口、第一二极管的第一端口连接作为第二开关器件的第一端口，所述第二二极管的第二端口、所述第二二极管的第一端口连接作为开关桥臂的第三端口；所述第一开关器件的第二端口、第一二极管第一端口作为开关桥臂的第二端口；所述第二开关器件的第一端口、第二二极管第二端口作为开关桥臂的第二端口。
42.实施例二
43.本实施例以实施例一为基础，所不同的是所述第一开关模块11 由n个晶闸管串联构成，所述第二开关模块12由一个双管igbt构成。
44.其中，n≥2。
45.实施例三
46.本实施例在实施例一的基础上，所述三电平anpc电路还包括用于抑制开关器件的关断电压尖峰的吸收电路13，所述第二开关模块 12的连接端与所述吸收电路13连接，所述吸收电路13包括吸收电容及吸收电阻。
47.实施例四
48.请参阅图8，图8本实用新型实施例四的三电平anpc电路的电路图；本实施例以实施例一为基础，所不同的是所述第一开关模块 11由两个1700v/450a双管igbt串联构成，所述第二开关模块12 由两个1700v/450a双管igbt121并联构成，所述三电平anpc电路还包括用于抑制开关器件的关断电压尖峰的吸收电路13，所述吸收电路13包括吸收电容。
49.实施例五
50.请参阅图9，图9本实用新型实施例六的三电平anpc电路的电路图；本实施例以实施例一为基础，所不同的是所述第一开关模块11由两个1700v/450a的双管igbt串联构成，所述第二开关模块12 由一个1700v/600a双管igbt121构成，所述三电平anpc电路还包括用于抑制开关器件的关断电压尖峰的吸收电路13，所述吸收电路13 包括吸收电容。
51.实施例六
52.请参阅图10，图10本实用新型实施例七的三电平anpc电路的电路图；本实施例以实施例一为基础，所不同的是所述第一开关模块 11由四个晶闸管和二极管模块串联构成，所述第二开关模块12由一个双管igbt121构成，所述三电平anpc电路还包括用于抑制开关器件的关断电压尖峰的吸收电路13，所述吸收电路13包括吸收电容。
53.实施例七
54.在本实施例中所述第一开关模块11的开关器件包括igbt、igct、晶闸管中的一种或多种。
55.在本实施例中，所述第二开关模块12的开关器件包括igbt，igct 中的一种或多种。
56.实施例八
57.请参阅图11，图11为本实施例八的三电平anpc电路的电路图；本实施例包括k个实施例一所述的三电平anpc电路，各个所述三电平anpc电路交流侧连接在一起，各个所述三电平anpc电路直流侧的各个连接端口连接在一起；其中k≥2。
58.实施例九
59.本实施例公开了一种变流器，所述变流器可以用于海上风力发电或者陆上风力发电。
60.采用上述结构之后，三电平anpc电路包括第一开关模块11、第二开关模块12、与所述第一开关模块11连接的直流输入端及与第二开关模块12连接的交流输出端；所述第一开关模块11包括至少四个连接端口，所述第二开关模块12包括至少两个连接端口；所述第一开关模块11的三个连接端口与直流输入端的三个电位端口连接，所述第二开关模块12的连接端口与所述第一开关模块11的连接端口及交流输出端连接；所述第一开关模块11由n个双管igbt串联构成，或者由n个晶闸管串联构成，或者由n个二极管模块串联构成；所述第二开关模块12由m个双管igbt并联构成，或者由一个双管igbt 构成，其中n≥2，m≥2，该三电平anpc电路可以最大限度的提高外管和内管的利用率，降低变流器的成本，同时均衡内管和外管的寿命。
61.应当理解的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，不能因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。