CN112688576B

CN112688576B - 具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略

Info

Publication number: CN112688576B
Application number: CN202110033523.6A
Authority: CN
Inventors: 程红; 王聪; 赵志浩; 李瑶璞; 陶艳梅; 杨道宽; 于龙飞; 袁巍
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2041-01-12
Also published as: CN112688576A

Abstract

本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略，属于AC/DC变换技术及其控制技术。该变换器提供了多种主功率电路，用于构成一对公共高压直流母线，极大降低了功率开关管的电压应力，克服了传统整流器由于功率开关管电压应力限制而不能产生高直流母线电压的缺点。本发明提供的整流器及控制策略相比于传统整流器，可以实现整流器输出侧的升压和降压，在较宽的电源电压变化范围内也能保证正常工作，并且不需要使用庞大，笨重，接线复杂的工频移相变压器的隔离，极大简化了主功率电路拓扑，减少了全控器件的数量，提高了系统的工作效率，体积小，重量轻，控制简单，在中高压直流输电、大功率的中高压变频调速等领域具有重要的应用价值。

Description

具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略

技术领域

本发明属于中高压变频调速技术领域,特别涉及一种具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的系统实现方案。

背景技术

近年来，多电平功率变换器”(Multilevel Converter)在高电压大功率变频调速、有源电力滤波、高压直流(HVDC)输电和电力系统无功补偿等领域已得到越来越多的成功应用。多电平变换器的基本电路拓扑结构大致可分为箝位型和单元级联型两大类。目前在工业中得到广泛应用的由西门子公司或ABB公司生产的二极管箝位型三电平中高压变频器，以及由罗宾康公司或利德华福公司生产的级联H桥中高压变频器就是这两类产品的典型代表。在这两类中高压变频器中，无论哪一类，为了应用低耐压的电力电子器件完成高电压的功率变换，均需在整流输入侧使用体积庞大、接线复杂、价格昂贵的工频移相变压器实现电气隔离。这使其在许多工业场合的应用受到限制。

无工频变压器级联式多电平变换器，近年来在电力电子技术领域受到广泛关注，被认为是适用于新能源发电系统接入和满足分布式发电需求的智能电网接口或新一代中高压变频器的理想实现方案。此类变换器用高频变压器取代传统级联式变换器中的工频移相变压器实现电气隔离，当用于双向功率传输时，整流侧采用级联全控H桥多电平功率变换器结构。当用于单向功率传输时，整流侧采用单向级联式多电平功率变换器结构(包括：级联二极管+Boost整流电路，级联无桥整流电路，级联VIENNA整流电路等)。与传统中高压变频器的整流级相比较，此类变换器整流级的实现方案取消了体积庞大、接线复杂、价格昂贵的工频移相变压器，从而有效地减小了系统体积、重量和制造成本。然而，此类变换器也有着明显的缺点，主要表现在：每一相N个级联整流模块会产生N组直流输出端，且由于输入端不隔离，这N组整流模块直流输出端无法直接串联联接构成一对公共的高压直流输出母线，因此无法直接用于高压直流输电，也无法直接与多电平逆变电路相连接，用于中高压变频调速。为了实现公共的高压直流输出母线或实现对N组整流输出直流电压的灵活控制，N组级联整流模块必须后接N个高频隔离DC-DC变换模块，从而导致整个系统拓扑结构和控制方式的复杂性增加，工作效率降低。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种具有公共高压直流母线的五电平单位功率因数整流器实现方案，与传统中高压变频器的整流级相比，一方面本发明提供的五电平整流器可以实现输出侧直流电压的升降功能，解决了传统整流器功率因数校正环节只能在升压状态下才能正常工作的困扰，实现了在电源电压变化范围较大的场合，始终保持系统输出直流电压工作在一个符合要求的合理数值，极大提高了系统可靠性和抗干扰能力；另一方面无需在输入端使用工频移相变压器，可以使用低耐压的功率开关管完成高电压下的大功率单位功率因数整流变换，与无工频变压器的多电平变换器比较，本发明提供的五电平整流器可在直流侧构成一对公共的高压直流母线，可以灵活实现对输出侧电容电压的平衡控制，本发明提供的五电平整流器主功率电路拓扑结构简单，体积小，重量轻，成本低，控制简单，系统的整体工作效率高，在中高压直流输电(HVDC)、大功率电力电子变压器，大功率中高压交-直-交变频器等领域具有重要的应用价值。

为达到上述目的，本发明提供的具有公共高压直流母线的五电平整流器，包括主功率电路，所述主功率电路包括高频滤波器、单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，其特征在于：所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接，所述快恢复二极管D₃的线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，所述单相二极管整流桥的交流输入端经所述高频滤波器串联接入交流电网。

为达到上述目的，本发明提供的采用具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器，包括三相主功率电路，其特征在于：所述三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相所述第二模块单元(B)的直流输出正端(g)相连，每相所述第二模块单元(B)的直流输出负端(h)相连，每相所述第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相所述第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相所述第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共的中性点上，另外一组接线端分别与三个所述高频滤波器串联，接入三相电网，构成三相输出并联的星型连接。

为达到上述目的，本发明提供的采用具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相星接整流器，包括三相主功率电路，其特征在于：所述三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相所述第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相所述第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相所述第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共的中性点上，另外一组接线端分别与三个所述高频滤波器串联，接入三相电网，构成输出开放式的星形连接。

为达到上述目的，本发明提供的采用具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相角接整流器，包括三相主功率电路，其特征在于：所述三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相所述第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相所述第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相所述第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端分别经三个所述高频滤波器接至三相电网输入端，另一组接线端依次连接至三相电网中的下一相输入端，构成角形连接。

为达到上述目的，本发明提供的采用具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相双星接整流器，包括三相主功率电路，其特征在于：所述三相主功率电路包括三个高频滤波器，六个桥臂电感和六个第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相所述第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相所述第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相所述第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共中性点，另一组接线端分别与三个所述桥臂电感的一端相连，而在每相桥臂上的两个所述桥臂电感的另一端各自相连，并分别经三个所述高频滤波器之一接至三相电网输入端，同时，第一组星形连接中的公共中性点和第二组星形连接中的公共中性点分别与所述直流电容的两端相连，构成双星形连接。

为达到上述目的，本发明提供的具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略，其特征在于，步骤如下：

(1)对具有公共高压直流母线的五电平整流器的输出侧直流电压进行采样，得到A相输出侧直流电压信号U_Ao1、U_Ao2、U_Ao3、U_Ao4，B相输出侧直流电压信号U_Bo1、U_Bo2、U_Bo3、U_Bo4，C相输出侧直流电压信号U_Co1、U_Co2、U_Co3、U_Co4；

(2)利用下式计算步骤(1)中每相输出侧直流电压信号的平均值U_Ao、U_Bo、U_Co：

(3)将步骤(2)中的U_Ao、U_Bo、U_Co分别与直流电压给定信号U_o ^*比较后送入PI电压调节器，得到PI电压调节器输出直流电流信号幅值I_Ad ^*、I_Bd ^*、I_Cd ^*；

(4)将步骤(1)中的A相输出侧直流电压信号U_Ao1、U_Ao2、U_Ao3、U_Ao4分别与步骤(2)中的A相输出侧直流电压信号平均值U_Ao比较后送入PI电压调节器，得到输出直流电流信号幅值I_Ad1、I_Ad2、I_Ad3、I_Ad4，将步骤(1)中的B相输出侧直流电压信号U_Bo1、U_Bo2、U_Bo3、U_Bo4分别与步骤(2)中的B相输出侧直流电压信号平均值U_Bo比较后送入PI电压调节器，得到输出直流电流信号幅值I_Bd1、I_Bd2、I_Bd3、I_Bd4；将步骤(1)中的C相输出侧直流电压信号U_Co1、U_Co2、U_Co3、U_Co4分别与步骤(2)中的C相输出侧直流电压信号平均值U_Co比较后送入PI电压调节器，得到输出直流电流信号幅值I_Cd1、I_Cd2、I_Cd3、I_Cd4；

(5)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Bd ^*与2相乘，所得结果与步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Ad ^*相加得到信号E；

(6)利用锁相环计算t时刻A相电压相位得到信号u_At，计算t时刻A相电压相位u_At的正弦值Z_A、余弦值Y_A；

(7)将步骤(5)中的信号E与步骤(6)中的A相电压相位u_At的正弦值Z_A相乘，所得结果再与

相乘得到信号F，将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Ad ^*与步骤(6)中的A相电压相位u_At的余弦值Y_A相乘，所得结果与

相乘得到信号G，将信号F和信号G相加得到零序电流注入信号I_z；

(8)对三相电网电流进行采样，得到输入侧交流电流信号I_A，I_B，I_C，将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Ad ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Ad1相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到A相开关器件S_A1的给定电流信号I_A1 ^*，将A相开关器件S_A1的给定电流信号I_A1 ^*与三角载波信号相乘，所得结果与A相输入侧交流电流信号I_A送入比较器进行比较，得到A相开关器件S_A1的PWM信号PWM_A1；

(9)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Ad ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Ad2相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到A相开关器件S_A2的给定电流信号I_A2 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后90°，再与A相开关器件S_A2的给定电流信号I_A2 ^*相乘，将所得结果与A相输入侧交流电流信号I_A送入比较器进行比较，得到A相开关器件S_A2的PWM信号PWM_A2；

(10)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Ad ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Ad3相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到A相开关器件S_A3的给定电流信号I_A3 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后180°，再与A相开关器件S_A3的给定电流信号I_A3 ^*相乘，将所得结果与A相输入侧交流电流信号I_A送入比较器进行比较，得到A相开关器件S_A3的PWM信号PWM_A3；

(11)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Ad ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Ad4相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到A相给定电流信号I_A4 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后270°，再与A相开关器件S_A4的给定电流信号I_A4 ^*相乘，将所得结果与A相输入侧交流电流信号I_A送入比较器进行比较，得到A相开关器件S_A4的PWM信号PWM_A4；

(12)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Bd ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Bd1相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到B相开关器件S_B1的给定电流信号I_B1 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号与B相开关器件S_B1的给定电流信号I_B1 ^*相乘，将所得结果与B相输入侧交流电流信号I_B送入比较器进行比较，得到B相开关器件S_B1的PWM信号PWM_B1；

(13)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Bd ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Bd2相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到B相开关器件S_B2的给定电流信号I_B2 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后90°，再与B相开关器件S_B2的给定电流信号I_B2 ^*相乘，将所得结果与B相输入侧交流电流信号I_B送入比较器进行比较，得到B相开关器件S_B2的PWM信号PWM_B2；

(14)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Bd ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Bd3相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到B相开关器件S_B3的给定电流信号I_B3 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后180°，再与B相开关器件S_B3的给定电流信号I_B3 ^*相乘，将所得结果与B相输入侧交流电流信号I_B送入比较器进行比较，得到B相开关器件S_B3的PWM信号PWM_B3；

(15)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Bd ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Bd4相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到B相开关器件S_B4的给定电流信号I_B4 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后270°，再与B相开关器件S_B4的给定电流信号I_B4 ^*相乘，将所得结果与B相输入侧交流电流信号I_B送入比较器进行比较，得到B相开关器件S_B4的PWM信号PWM_B4；

(16)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Cd ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Cd1相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到C相开关器件S_C1的给定电流信号I_C1 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号与C相开关器件S_C1的给定电流信号I_C1 ^*相乘，将所得结果与C相输入侧交流电流信号I_C送入比较器进行比较，得到C相开关器件S_C1的PWM信号PWM_C1；

(17)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Cd ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Cd2相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到C相开关器件S_C2的给定电流信号I_C2 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后90°，再与C相开关器件S_C2的给定电流信号I_C2 ^*相乘，将所得结果与C相输入侧交流电流信号I_C送入比较器进行比较，得到C相开关器件S_C2的PWM信号PWM_C2；

(18)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Cd ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Cd3相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到C相开关器件S_C3的给定电流信号I_C3 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后180°，再与C相开关器件S_C3的给定电流信号I_C3 ^*相乘，将所得结果与C相输入侧交流电流信号I_C送入比较器进行比较，得到C相开关器件S_C3的PWM信号PWM_C3；

(19)将步骤(3)中的直流电流信号幅值I_Cd ^*与步骤(4)中的直流电流信号幅值I_Cd4相加，所得结果再与步骤(7)中的零序电流注入信号I_z相加得到C相开关器件S_C4的给定电流信号I_C4 ^*，将步骤(8)中的三角载波信号滞后270°，再与C相开关器件S_C4的给定电流信号I_C4 ^*相乘，将所得结果与C相输入侧交流电流信号I_C送入比较器进行比较，得到C相开关器件S_C4的PWM信号PWM_C4；

(20)将A相、B相、C相的驱动信号送给对应的开关器件，实现了三相整流器有源功率因数校正，在电源电压变换范围较大时，也能使输入电流正弦化，同时实现对输出直流电容电压的均衡控制。

本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的优点和积极效果在于：与传统中高压变频器的整流级相比，一方面本发明提供的五电平整流器可以实现输出侧直流电压的升降功能，解决了传统整流器只能在升压状态下才能正常工作的困扰，实现了在电源电压变化范围较大时，系统仍然能保证正常工作，极大提高了系统可靠性和抗干扰能力；另一方面，本发明提供的具有公共高压直流母线的五电平整流器无需在输入端使用工频移相变压器，可以使用低耐压的功率开关管完成高电压下的大功率单位功率因数整流变换。本发明提供的五电平整流器，在单相输入时可在直流侧构成一对公共的高压直流母线，三相输入时即可以在直流侧构成一对统一的公共高压直流母线，又可以在三相各自整流器输出的直流侧构成三对独立的公共高压直流母线，同时还可以灵活的实现对整流模块输出侧电容电压的平衡控制。本发明提供的五电平整流器主功率电路拓扑结构简单，系统的工作效率高，体积小，重量轻，成本低，在高压直流输电(HVDC)、大功率电力电子变压器，大功率中高压交-直-交变频器等领域具有重要的应用价值。

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略中第一模块单元(A)的电路图；

图2为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略中第二模块单元(B)的电路图；

图3为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的三相并联整流器电路图；

图4为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的三相星接整流器电路图；

图5为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的三相角接整流器电路图；

图6为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的三相双星接整流器电路图；

图7为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的A相控制策略图；

图8为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的B相控制策略图；

图9为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器及控制策略的C相控制策略图；

图10为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器的三相输入电流波形；

图11为本发明具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器的四个直流电容电压波形和总的输出直流电压波形；

图12为本发明一种具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器的输入侧五电平电压波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式和工作原理做进一步的描述：

参照图1和图2，具有公共高压直流母线的五电平整流器，包括主功率电路，主功率电路包括高频滤波器、单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，开关器件S₁的第一接线端(a)与直流电容C₁的一端相连，直流电容C₁的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，开关器件S₁的第二接线端(b)与开关器件S₂的第一接线端(a)及快恢复二极管D₂的阳极相连，快恢复二极管D₂的阴极与普通电感L₃的一端及并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，普通电感L₃的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，开关器件S₂的第二接线端(b)与开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，开关器件S₃的第二接线端(b)与开关器件S₄的第一接线端(a)及快恢复二极管D₃的阴极相连，快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，开关器件S₄的第二接线端(b)与直流电容C₂的一端及升压电感L₂的一端相连，升压电感L₂的另一端与单相二极管整流桥的整流输出负端相连，直流电容C₂的另一端与普通电感L₄的一端及快恢复二极管D₄的阴极相连，普通电感L₄的另一端与快恢复二极管D₃的阳极相连，快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，开关器件S₁的第一接线端(a)与升压电感L₁的一端相连，升压电感L₁的另一端与单相二极管整流桥的整流输出正端相连，单相二极管整流桥的交流输入端经高频滤波器串联接入交流电网。

参照图1、图2和图3，具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器，包括三相主功率电路，三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，开关器件S₁的第一接线端(a)与直流电容C₁的一端相连，直流电容C₁的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，开关器件S₁的第二接线端(b)与开关器件S₂的第一接线端(a)及快恢复二极管D₂的阳极相连，快恢复二极管D₂的阴极与普通电感L₃的一端及并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，普通电感L₃的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，开关器件S₂的第二接线端(b)与开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，开关器件S₃的第二接线端(b)与开关器件S₄的第一接线端(a)及快恢复二极管D₃的阴极相连，快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，开关器件S₄的第二接线端(b)与直流电容C₂的一端及升压电感L₂的一端相连，升压电感L₂的另一端与单相二极管整流桥的整流输出负端相连，直流电容C₂的另一端与普通电感L₄的一端及快恢复二极管D₄的阴极相连，普通电感L₄的另一端与快恢复二极管D₃的阳极相连，快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，开关器件S₁的第一接线端(a)与升压电感L₁的一端相连，升压电感L₁的另一端与单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相第二模块单元(B)的直流输出正端(g)相连，每相第二模块单元(B)的直流输出负端(h)相连，每相第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共的中性点上，另外一组接线端分别与三个高频滤波器串联，接入三相电网，构成三相输出并联的星型连接。

参照图1、图2和图4，具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相星接整流器，包括三相主功率电路，三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，开关器件S₁的第一接线端(a)与直流电容C₁的一端相连，直流电容C₁的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，开关器件S₁的第二接线端(b)与开关器件S₂的第一接线端(a)及快恢复二极管D₂的阳极相连，快恢复二极管D₂的阴极与普通电感L₃的一端及并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，普通电感L₃的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，开关器件S₂的第二接线端(b)与开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，开关器件S₃的第二接线端(b)与开关器件S₄的第一接线端(a)及快恢复二极管D₃的阴极相连，快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，开关器件S₄的第二接线端(b)与直流电容C₂的一端及升压电感L₂的一端相连，升压电感L₂的另一端与单相二极管整流桥的整流输出负端相连，直流电容C₂的另一端与普通电感L₄的一端及快恢复二极管D₄的阴极相连，普通电感L₄的另一端与快恢复二极管D₃的阳极相连，快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，开关器件S₁的第一接线端(a)与升压电感L₁的一端相连，升压电感L₁的另一端与单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共的中性点上，另外一组接线端分别与三个高频滤波器串联，接入三相电网，构成输出开放式的星形连接。

参照图1、图2和图5，具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相角接整流器，包括三相主功率电路，三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，开关器件S₁的第一接线端(a)与直流电容C₁的一端相连，直流电容C₁的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，开关器件S₁的第二接线端(b)与开关器件S₂的第一接线端(a)及快恢复二极管D₂的阳极相连，快恢复二极管D₂的阴极与普通电感L₃的一端及并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，普通电感L₃的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，开关器件S₂的第二接线端(b)与开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，开关器件S₃的第二接线端(b)与开关器件S₄的第一接线端(a)及快恢复二极管D₃的阴极相连，快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，开关器件S₄的第二接线端(b)与直流电容C₂的一端及升压电感L₂的一端相连，升压电感L₂的另一端与单相二极管整流桥的整流输出负端相连，直流电容C₂的另一端与普通电感L₄的一端及快恢复二极管D₄的阴极相连，普通电感L₄的另一端与快恢复二极管D₃的阳极相连，快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，开关器件S₁的第一接线端(a)与升压电感L₁的一端相连，升压电感L₁的另一端与单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端分别经三个高频滤波器接至三相电网输入端，另一组接线端依次连接至三相电网中的下一相输入端，构成角形连接。

参照图1、图2和图6，具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相双星接整流器，包括三相主功率电路，三相主功率电路包括三个高频滤波器，六个桥臂电感和六个第二模块单元(B)，第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，开关器件S₁的第一接线端(a)与直流电容C₁的一端相连，直流电容C₁的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，开关器件S₁的第二接线端(b)与开关器件S₂的第一接线端(a)及快恢复二极管D₂的阳极相连，快恢复二极管D₂的阴极与普通电感L₃的一端及并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，普通电感L₃的另一端与快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的输出直流电容C₃和负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，开关器件S₂的第二接线端(b)与开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的输出直流电容C₄和负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，开关器件S₃的第二接线端(b)与开关器件S₄的第一接线端(a)及快恢复二极管D₃的阴极相连，快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的输出直流电容C₅和负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，开关器件S₄的第二接线端(b)与直流电容C₂的一端及升压电感L₂的一端相连，升压电感L₂的另一端与单相二极管整流桥的整流输出负端相连，直流电容C₂的另一端与普通电感L₄的一端及快恢复二极管D₄的阴极相连，普通电感L₄的另一端与快恢复二极管D₃的阳极相连，快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的输出直流电容C₆和负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，开关器件S₁的第一接线端(a)与升压电感L₁的一端相连，升压电感L₁的另一端与单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共中性点，另一组接线端分别与三个桥臂电感的一端相连，而在每相桥臂上的两个桥臂电感的另一端各自相连，并分别经三个高频滤波器之一接至三相电网输入端，同时，第一组星形连接中的公共中性点和第二组星形连接中的公共中性点分别与直流电容的两端相连，构成双星形连接。

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，具有公共高压直流母线的五电平整流器的控制策略，控制步骤如下：

(6)利用锁相环计算t时刻A相电压相位得到信号uAt，计算t时刻A相电压相位uAt的正弦值ZA、余弦值YA；

参照图(10)，为本发明实施例中具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器的三相输入电流波形，在三相电流不平衡情况下，运用本发明的控制策略也能实现三相输入电流平衡，电流波形质量较好，近似正弦。

参照图(11)，为本发明实施例中具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器的四个直流侧电容电压波形U_Ao1、U_Ao2、U_Ao3、U_Ao4和一个总的输出直流侧电压U_dc，直流侧电压波形达到稳态时间短，直流电压波动较小。

参照图(12)，为本发明实施例中具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器的输入侧五电平电压波形。

在本发明一种具有公共高压直流母线的五电平整流器应用的其他实施例中，所描述的三相星接、角接和三相双星接整流器，除了采用第二模块单元(B)外，也可以是由第二模块单元(B)衍生出来的不同电路的组合。

所描述的一种具有公共高压直流母线的五电平整流器电路，可以简化应用于大功率电力电子整流拓扑结构中，通过适当的控制策略可以提高系统的工作效率，稳定且能平衡直流侧的电容电压，为后级的电能变换提供了有利条件，在中高压直流传输、大功率电力电子变压器，大功率中高压交-直-交变频器等应用领域具有重要的应用价值。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计方案前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims

1.具有公共高压直流母线的五电平整流器，包括主功率电路，所述主功率电路包括高频滤波器、单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，其特征在于：所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，所述单相二极管整流桥的交流输入端经所述高频滤波器串联接入交流电网。

2.采用权利要求1所述的具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相并联整流器，包括三相主功率电路，其特征在于：所述三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相所述第二模块单元(B)的直流输出正端(g)相连，每相所述第二模块单元(B)的直流输出负端(h)相连，每相所述第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相所述第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相所述第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共的中性点上，另外一组接线端分别与三个所述高频滤波器串联，接入三相电网，构成三相输出并联的星型连接。

3.采用权利要求1所述的具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相星接整流器，包括三相主功率电路，其特征在于：所述三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相所述第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相所述第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相所述第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共的中性点上，另外一组接线端分别与三个所述高频滤波器串联，接入三相电网，构成输出开放式的星形连接。

4.采用权利要求1所述的具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相角接整流器，包括三相主功率电路，其特征在于：所述三相主功率电路包括三个高频滤波器和三个第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相所述第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相所述第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相所述第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端分别经三个所述高频滤波器接至三相电网输入端，另一组接线端依次连接至三相电网中的下一相输入端，构成角形连接。

5.采用权利要求1所述的具有公共高压直流母线的五电平整流器构成的三相双星接整流器，包括三相主功率电路，其特征在于：所述三相主功率电路包括三个高频滤波器，六个桥臂电感和六个第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、两个升压电感L₁、L₂和第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括四个开关器件S₁、S₂、S₃、S₄，四个快恢复二极管D₁、D₂、D₃、D₄，两个普通电感L₃、L₄，两个直流电容C₁、C₂，四个输出直流电容C₃、C₄、C₅、C₆和四个负载电阻R₁、R₂、R₃、R₄，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述直流电容C₁的一端相连，所述直流电容C₁的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，所述快恢复二极管D₁的阴极与并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₁的第二接线端(b)与所述开关器件S₂的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₂的阳极相连，所述快恢复二极管D₂的阴极与所述普通电感L₃的一端及并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述普通电感L₃的另一端与所述快恢复二极管D₁的阳极相连，并联连接的所述输出直流电容C₃和所述负载电阻R₁的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₂的第二接线端(b)与所述开关器件S₃的第一接线端(a)及并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，并联连接的所述输出直流电容C₄和所述负载电阻R₂的第二接线端(n)与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₃的第二接线端(b)与所述开关器件S₄的第一接线端(a)及所述快恢复二极管D₃的阴极相连，所述快恢复二极管D₃的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₅和所述负载电阻R₃的第二接线端(n)及并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第一接线端(m)相连，所述开关器件S₄的第二接线端(b)与所述直流电容C₂的一端及所述升压电感L₂的一端相连，所述升压电感L₂的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出负端相连，所述直流电容C₂的另一端与所述普通电感L₄的一端及所述快恢复二极管D₄的阴极相连，所述普通电感L₄的另一端与所述快恢复二极管D₃的阳极相连，所述快恢复二极管D₄的阳极与并联连接的所述输出直流电容C₆和所述负载电阻R₄的第二接线端(n)相连，所述开关器件S₁的第一接线端(a)与所述升压电感L₁的一端相连，所述升压电感L₁的另一端与所述单相二极管整流桥的整流输出正端相连，每相所述第二模块单元(B)剩余2个交流输入端，三相所述第二模块单元(B)的第一交流输入端构成一组接线端，三相所述第二模块单元(B)的第二交流输入端构成另一组接线端，其中一组接线端连接到一个公共中性点，另一组接线端分别与三个所述桥臂电感的一端相连，而在每相桥臂上的两个所述桥臂电感的另一端各自相连，并分别经三个所述高频滤波器之一接至三相电网输入端，同时，第一组星形连接中的公共中性点和第二组星形连接中的公共中性点分别与所述直流电容的两端相连，构成双星形连接。

6.如权利要求1所述的具有公共高压直流母线的五电平整流器的控制策略，其特征在于，步骤如下：