[發明專利]混合級聯多電平變換器

無效

• 申請號: 200810204472.3
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101753053A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 韓金剛;湯天浩;王天真
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: H02M7/53
• 分類號: H02M7/53;H02M7/5387;H02M7/5388
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 陳學雯

技術領域：

本發明涉及變換器技術領域，且特別涉及一種多電平變換器。通過把不對稱的多電平變換器和H橋式變換器級聯構成混合級聯多電平變換器，再通過脈寬調制技術(PWM)，使該變換器可以輸出多個電平，從而提高輸出的電能質量，降低輸出諧波，提高系統的可靠性。

背景技術：

多電平變換器，由于其輸出波形畸變小、dv/dt小和系統的EMI小等特點成為當前研究的熱點，而且越來越廣泛的應用于大功率電機驅動和交直流電力傳輸等方面。但是目前的多電平變換器都存在種種缺點，尤其是當輸出電平數增加時，系統拓撲結構和控制復雜性顯著增加，而對于飛跨電容式多電平變換器還存在電容電壓不平衡的問題，這些問題都會大大降低系統的可靠性。

相對于二極管箱位型和飛跨電容型多電平變換器來說，級聯型拓撲變換器具有需要最少數量的器件、不需要大量的箝位二極管和飛跨電容、易于模塊化和易于采用軟開關技術等優點，較適合于電網接口。但是，級聯型拓撲變換器需要多個直流電壓源。當采用不可控整流得到這些直流源，為減小對電網的諧波干擾，通常采用多繞組曲折變壓器的多重化來實現。這種變壓器體積龐大，成本高，設計困難。另一方面，由于其結構的限制，難以實現四象限運行。

申請號為：ZL200810105139.7的中國專利公開了一種箝位式多電平變換器用的單相電路拓撲結構，該結構的特征在于：直流側有三個電容，直流側電壓為4V_dc，處于中間的電容實現2V_dc電壓，在輸入側用四個二極管箝位，輸出側用一個箝位電容箝位，通過開關組合，使每個開關器件承受1V_dc以得到五種電平的輸出組合。雖然，本專利的電路結構大大簡化、器件耐壓水平低，可以做到不含器件的直接串聯，沒有開通和關斷的同步問題。但是本專利只能得到五種電平的輸出組合，電平輸出的范圍低。

明內容：

本發明的目的在于提供一種混合級聯多電平變換器，以解決現有變換器技術中存在的電平輸出范圍低，輸出電能質量低，輸出諧波多等缺陷。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

混合級聯多電平變換器，包括逆變器、H橋電路，所述逆變器為四電平逆變器，其特征在于，所述逆變器至少包括兩個，分別稱為第一逆變器和第二逆變器；所述逆變器的輸入端包括兩個相串聯的電源，分別稱為第一電源和第二電源，所述兩個電源分別并聯一電容器，所述逆變器還包括四個分別并聯了一二極管的三極管，所述三極管中的兩個相串聯后與所述第一電源并聯，所述另兩個三極管相串聯后與所述第二電源并聯；所述第一逆變器的第一橋臂的中點與所述第二逆變器的第一橋臂的中點串聯；所述H橋電路至少包括一個，所述H橋電路的輸入端包括一并聯了一電容器的電源、四個分別并聯了一二極管的三極管，所述三極管中的兩個相串聯后與所述電源并聯，所述另兩個三極管相串聯后也與所述電源并聯；所述H橋電路第一橋臂的中點與所述第一逆變器的第二橋臂的中點相串聯。

所述多電平變換器由一個所述H橋電路、一個第一逆變器和一個第二逆變器，構成了一個單相輸出的級聯單元，且所述H橋電路第一橋臂的中點與所述第一逆變器的第二橋臂的中點相串聯，所述第一逆變器的第一橋臂的中點與所述第二逆變器的第一橋臂的中點串聯。

由復數個單相輸出的級聯單元構成了一個兩相以上輸出的多電平變換器，該多電平變換器包括兩個以上的H橋電路，且所有H橋電路的第二橋臂的中點依次相串聯。

本發明與現有變換器相比具有如下優點：

(1)單相混合級聯逆變電路由兩個不對稱四電平電路和一個H橋電路級聯構成。逆變電路的輸出是三個級聯單元的輸出疊加之和，通過不同的調制方法可以實現多電平輸出。改變輸入直流的電壓比可以改變輸出電平數，最多可以輸出27種電平；

(2)可以把該單相逆變電路通過組合構成多相逆變電路。對于n相對稱的負載(三相或以上)可以通過n相直接供電；對于非對稱的負載，可以分別控制每相電路通過n相n+1(三相四線)線供電；

(3)可以對逆變電路采用脈寬調制技術；

(4)在混合級聯逆變電路中，有些器件承受較高的電壓，但是開關的頻率低；有些器件承受較低的電壓，但是開關頻率高，所以可以選擇不同的器件。

有益效果：本發明混合級聯多電平變換器，通過把不對稱的多電平變換器和H橋式變換器級聯構成混合級聯多電平變換器，再通過脈寬調制技術(PWM)，使該變換器可以輸出多個電平，從而提高輸出的電能質量，降低輸出諧波，提高系統的可靠性。

附圖說明：

以下結合附圖和具體實施方式來進一步說明本發明。