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新型模塊化多電平串并聯(lián)變流器

提出一種新型模塊化多電平串并聯(lián)變流器（Modular MultilevelParallelConverter，M2PC），解決了船舶、汽車和飛機(jī)中變頻直驅(qū)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)在高轉(zhuǎn)速條件下平穩(wěn)輸出電力的關(guān)鍵問題。與傳統(tǒng)的模塊化多電平變流器相比，從基本頻率到兆赫級頻率，新型M2PC都能高效地工作。該新型M2PC模塊能夠?qū)⒄w額定功率分為與現(xiàn)在較小電流和電壓相當(dāng)?shù)臄?shù)個模塊，這些分割功率后的小功率模塊可以順利通過低壓電解電容器和場效應(yīng)晶體管。因此，新型M2PC技術(shù)通過添加或刪除功率模塊實(shí)現(xiàn)了高功率密度和可擴(kuò)展性，否則相同的子模塊在應(yīng)用中則需要改變峰值電壓和額定功率。

為滿足模塊化多電平變流器技術(shù)的可擴(kuò)展性，針對轉(zhuǎn)換功率、輸出電壓和高頻率，這種新型M2PC技術(shù)采用的模塊串聯(lián)連接技術(shù)使每個模塊都是一個可控電壓源。每個模塊由一個低壓電容器和多個低壓開關(guān)組成，這些低壓開關(guān)可以串聯(lián)電容器也可以使電容器斷開，即輸出電壓可以分割成若干小塊。電壓分割使組件無需承受高電壓，可為電容器提供所需輸出電流。新型M2PC技術(shù)也可使每個子模塊間的電容動態(tài)地串聯(lián)和并聯(lián)，以產(chǎn)生所需的輸出電壓和電流。子模塊的重組可以在每個子模塊中異步完成，有效的開關(guān)頻率是子個體開關(guān)頻率的總和。

設(shè)計(jì)的M2PC模型見圖1。該模型由一個單模塊子系統(tǒng)組成，其目標(biāo)功率峰值為720kW，標(biāo)稱電壓為50V，每個開關(guān)的載流容量為1800A。為滿足這些高電流器件的冷卻需求，子模塊使用18mF的電解電容器。10個場效應(yīng)管并聯(lián)使每個開關(guān)產(chǎn)生一個有效的漏源電阻0.19mΩ，子模塊的等效電阻電容量達(dá)到0.35mΩ。

刊名：Electrical Systems for Aircraft，Railway，Ship Propulsion and Road Vehicles（ESARS）（英）

刊期：2015年第9期

作者：Jan Ronsmans et al

編譯：于立嬌