[發明專利]一種適用于混合級聯H橋多電平逆變器的三倍頻載波移相調制方法

有效

• 申請號: 201710020086.8
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN108282102B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 陳仲;劉亞云;許亞明;孫健博
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種適用于電壓比為1∶1∶3∶3類型的混合級聯H橋多電平逆變器的三倍頻載波移相調制方法。該方法首先將基準正弦信號v_ref取絕對值得調制信號v_m，調制信號v_m與主三角載波信號v_ca、v_cb，輔三角載波信號v_cr1、v_cr2、v_cr3、v_cr4和電壓恒值3E進行比較，得到七個邏輯脈沖信號A、B、R₁、R₂、R₃、R₄、P，基準正弦信號v_ref與零電壓比較得極性脈沖信號D。然后將這七個邏輯脈沖信號和極性脈沖信號經過驅動邏輯分配單元來產生一種優化的PWM驅動信號。本發明的方法可以保證所述多電平逆變器在滿足主功率單元功率均衡分配的情況下，通過加入兩個輔助單元實現逆變器輸出電平數的增加及輸出電壓的三倍頻作用。

技術領域

本發明屬于多電平變流器PWM技術領域，具體涉及一種適用于電壓比為1∶1∶3∶3類型的混合級聯H橋多電平逆變器的三倍頻載波移相調制方法。

背景技術

隨著高壓大功率應用領域對變換器性能要求的不斷提高，多電平逆變技術能夠使用耐壓低、頻率高的開關器件滿足高壓場合而受到廣泛關注。常見的多電平變換器有二極管鉗位型、飛跨電容型和級聯H橋型等。隨著輸出電平數的增加，傳統的多電平逆變器所需開關器件數量多，結構復雜，很大程度上限制了其實用化。混合級聯多電平逆變器與傳統的多電平逆變器相比，在輸出相同電平數的情況下，減少了開關器件與直流源的數量，簡化了系統結構，節約了成本，是多電平逆變器的發展方向。

由于各級聯單元相互獨立，當傳遞有功功率時，需要考慮功率均衡問題。調制方法本身的特性造成了各個級聯單元輸出功率不同，使得電池充放電不平衡，引起如蓄電池，太陽能電池等輸入電源間電壓差別增大，造成逆變器輸出特性變差，同時還會引起各單元電池使用壽命不相同，致使系統維護成本增加，因此需要對各個級聯單元輸出功率進行均衡控制。研究發現，載波移相調制用于等壓級聯H橋型拓撲時可以自然實現功率均衡，但對于直流側電壓不等的混合級聯H橋拓撲而言，該方法難以直接采用。

圖1所示是一種直流側電壓比為1∶1∶3∶3類型的混合級聯H橋多電平逆變器拓撲，其由n個H橋單元級聯而成。所謂1∶1∶3∶3類型是指在該混合級聯逆變器中，單元1和單元2為輔助單元，直流側均為電容，且直流側電壓V_dc1＝V_dc2＝E；其余n-2個級聯單元為主功率單元，直流側均為電壓源，且直流側電壓V_dc3＝V_dc4＝…＝V_dcn＝3E。級聯單元的交流側輸出電壓為v_oi(i＝1，2，3，…，n)，逆變器的交流側輸出電壓為v_o。

采用本發明的三倍頻載波移相調制方法在滿足主功率單元輸出功率均衡分配的基礎之上，通過加入兩個輔助單元可以實現：1)輸出電平數的增加。除兩個輔助單元以外，其余n-2個主功率單元的總輸出電平數為2(n-2)+1，加上輔助單元之后，總輸出電平數可達6(n-2)+1。2)輸出電壓等效開關頻率增加。采用本發明的調制方法，n-2個主功率單元輸出等效開關頻率原本為開關管實際開關頻率的n-2倍。加上兩個輔助單元之后，逆變器輸出電壓等效開關頻率為主功率單元開關管實際開關頻率的3(n-2)倍。

因此，本發明在保持主功率單元輸出功率均衡分配的同時，通過加入兩個輔助單元大大提高了系統的輸出特性，具有重要的理論及現實意義。本發明以4個級聯單元為例，詳細分析適用于該類型拓撲的三倍頻載波移相調制原理及實現方法。

發明內容

發明目的