[發明專利]一種逆變器、控制逆變器的方法及控制裝置

有效

• 申請號: 201610874665.4
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN107888100B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 徐福斌;張永輝;邴陽
• 申請（專利權）人: 維諦技術有限公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387;H02M7/5395
• 代理公司: 11291 北京同達信恒知識產權代理有限公司
• 代理人: 黃志華

本申請提供了一種逆變器、控制逆變器的方法及裝置，用以提高逆變器的效率。該逆變器包括包含有第一第二母線電容、逆變電路的有源鉗位三電平拓撲，逆變電路包括第一開關管至第六開關管；第一至第四開關管依次同向串聯于正、負直流母線之間；第五和第六開關管同向串聯且一端連接于第一和第二開關管的串接點，另一端連接于第三和第四開關管的串接點，且第五和第六開關管的串接點與第一和第二母線電容的串接點相連，各開關管分別反并聯一對應的二極管；其中，該逆變器還包括：第七和第八開關管；第七開關管和第八開關管同向串聯于正、負直流母線之間，且串接點連接于第二和第三開關管的串接點；第七開關管和第八開關管分別反并聯對應的二極管。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種逆變器、控制逆變器的方法及裝置。

背景技術

隨著電力電子技術的不斷發展，脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，PWM)已經逐漸成為主流的電力電子變換器控制方式，在不間斷供電設備(Uninterruptible PowerSupply，UPS)、光伏逆變器、風能變流器以及電機變流器等方面應用越來越廣泛。

從PWM調制逆變器輸出的相電壓的電平數量上，可將逆變器劃分為兩電平逆變器器、三電平逆變器器、五電平逆變器以及多電平逆變器，從實現的復雜度上，五電平及更多電平的多電平逆變器實現起來比較困難，目前業界應用較多的是兩電平和三電平逆變器。

兩電平逆變器實現起來比較簡單，成本較低，但是由于開關器件要承受整個母線電壓應力，因此必須選擇耐壓等級較高的開關器件。兩電平逆變器的開關損耗較大，限制了PWM開關頻率的提高。另外，由于兩電平輸出電壓諧波含量較高，導致輸出濾波器的體積和損耗都比較大。

三電平逆變器比兩電平逆變器輸出電平多，開關器件承受的電壓應力為兩電平的一半，因此可以選擇耐壓等級較低的開關器件，開關管的開關損耗較低，輸出電壓的諧波含量低于兩電平，因此輸出濾波器的體積可以減小。

常用的三電平拓撲是傳統的二極管鉗位型三電平(3Level-Netural PointClamped，3L-NPC)拓撲。其拓撲結構示意圖如圖1所示，由圖1可知，所述二極管鉗位型三電平拓撲包括：第一母線電容C1、第二母線電容C2和逆變電路，其中，所述C1、C2串聯于正、負直流母線之間且串接點接地；所述逆變電路包括第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、以及第四開關管S4，且，所述S1、S2、S3、S4依次同向串聯于正、負直流母線之間；另外，開關管S1、S2、S3、S4分別反并聯一二極管，分別為第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4；再有，所述逆變電路還包括第五二極管D5、以及第六二極管D6；所述D5、D6同向串聯后一端連接于S1、S2的串接點，另一端連接于S3、S4的串接點，且D5、D6的串接點連接到C1、C2的串接點；再有，所述二極管鉗位型三電平拓撲還包括濾波電路，所述濾波電路可包括相互串聯的一電感、一電容，且，所述濾波電路的一端可連接到S2、S3的串接點，另一端接地。

由于鉗位二極管和內層鉗位開關器件的存在，每相電路可以輸出Vdc/2、0、-Vdc/2三個電平(其中，Vdc為直流母線電壓)，線電壓可以獲得5電平的電壓輸出。例如，當開關管S1和S2開通的時候二極管鉗位型三電平拓撲可輸出Vdc/2電平(具體可如圖2(a)所示，其中，粗線條表示線路導通)，當開關管S2和S3開通的時候二極管鉗位型三電平拓撲可輸出0電平(具體可如圖2(b)所示)，當開關管S3和S4開通的時候二極管鉗位型三電平拓撲可輸出-Vdc/2電平(具體可如圖2(c)所示)，因此，開關管S1和S4承受主要的開關損耗，S2和S3主要承受導通損耗。

也就是說，由圖2(a)、圖2(b)以及圖2(c)可知，3L-NPC拓撲存在唯一的零電平開關狀態，根據負載電流的方向，當電流方向為正的時候只能通過上側中間的開關管S2和二極管D5流過電流，當電流方向為負的時候，只能通過下側的開關管S3和二極管D6流過電流。由于橋臂中點輸出的電流的方向被負載電流唯一確定，因此，輸出零電平時的電流是不可控的，這會導致功率器件的損耗不平衡問題。