[發明專利]一種適用于高頻隔離式多電平逆變器的拓撲推衍方法

有效

• 申請號: 201710767116.1
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107482942B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 管月;李磊;龔坤珊;郭偉;高揚;陶兆俊;嚴瀟;陸佳煒;郭志剛;李廣強;李福印
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/487
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 薛云燕<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種適用于高頻隔離式多電平逆變器的拓撲推衍方法。該方法為：首先添加分壓電容單元，利用串聯分壓電容將直流輸入單元的電平分成不同的電位點，具體為：在高頻隔離式n電平逆變器中，利用n?1個電容串聯后，并聯在輸入直流電源兩側，從而在兩個電容的連接點得到n?2個電位點；輸入直流電源正負兩個各提供一個電位點，因此利用串聯分壓電容在直流輸入電源側構造出n個不同的電位點；然后依據所要得到的電平數，在繞組兩側添加相應數量的功率開關管；最后構造電位點與功率開關管間的有效回路。本發明可以推衍出新型高頻隔離式多電平逆變拓撲，所得的新型高頻隔離式多電平逆變拓撲全面且系統，便于經典多電平逆變拓撲的系統研究。

技術領域

本發明屬于電力電子變換技術領域，特別是一種高頻隔離式多電平逆變器的拓撲推衍方法。

背景技術

自從1980年多電平逆變器概念提出以來，得到了國內外學者的廣泛研究，尤其表現在新型拓撲結構的研究上。多電平逆變器降低了開關管承受的電壓應力，因而拓展了直流側輸入電壓的電壓范圍，將逆變器推向了更高電壓、更大功率的研究方向。此外，由于多電平電壓波形諧波含量少，從而降低了對輸出側濾波器的要求，減小了輸出濾波器的體積，使得逆變器功率密度得到提高，同時輸出交流電壓波形質量高。隨著我國直流輸電的不斷發展，對逆變器原邊工作電壓范圍要求不斷提高，因而更高電平數逆變器拓撲的研究勢在必行。

多電平逆變器主要有三類拓撲結構：(1)二極管箝位型多電平逆變器、(2)電容箝位型多電平逆變器、(3)具有獨立直流電源的級聯型多電平逆變器。二極管箝位型多電平逆變器、電容箝位型多電平逆變器具有適用于高輸入電壓大功率逆變器場合的優點：具有獨立直流電源的級聯型多電平逆變器所具有適用于低輸入、高輸出電壓大功率逆變場合的優點。但是二極管箝位型多電平逆變器、電容箝位型多電平逆變器存在拓撲形式單一、無電氣隔離等缺陷，還具有獨立直流電源的級聯型多電平逆變器所存在的電路拓撲復雜輸入側功率因數低、變換效率偏低、功率密度低等缺陷。

高頻環節逆變技術用高頻變壓器代替了低頻環節逆變技術中的工頻變壓器，克服了低頻逆變技術的缺點，顯著提高了逆變器的特性，將取代低頻環節逆變器得到廣泛應用。隨著航空科技和航空電子的快速發展，飛機二次電源必須向高功率密度、高效率和模塊化方向發展；另外再生能源的開發利用中，適用于太陽能陣列與電網并聯的逆變器和燃料電池逆變器以及不間斷電源等逆變場合，高頻環節逆變器都具有廣泛的應用前景，特別是在對逆變器的體積、重量有較高要求的場合有更重要的應用前景。

迄今為止，國內外電力電子研究人員對于新型多電平逆變器拓撲的研究，可以分為兩類：一是對基礎逆變單元輸出側進行級聯，從而得到多電平拓撲。級聯法得到的多電平拓撲易于擴展，但直流側需要較多的獨立直流電壓源。二是對輸入側進行構造，主要集中在對基礎的中點箝位型(NPC)逆變拓撲和飛跨電容箝位型(FC)逆變拓撲的變形和組合。這類多電平逆變拓撲的提出大多依靠經驗，所得拓撲多種多樣，但相關性不強，不利于系統研究。對此，有些學者致力于尋求一種多電平逆變器統一拓撲結構，然而過去的幾十年間，大量拓撲不斷涌現且依然保持迅速發展勢頭，但是這種研究一直沒能得到突破進展。

發明內容

本發明目的在于提供一種適用于輸入側無獨立直流電壓源的高頻隔離式多電平逆變器的拓撲推衍方法，揭示現有逆變拓撲間的本質聯系，從而用于構造新型多電平逆變拓撲。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種適用于高頻隔離式多電平逆變器的拓撲推衍方法，包括以下步驟：

步驟1，添加分壓電容單元，利用串聯分壓電容將直流輸入單元的電平分成不同的電位點；

步驟2，依據所要得到的電平數，在繞組兩側添加相應數量的功率開關管；

步驟3，構造電位點與功率開關管間的有效回路。

進一步地，步驟1所述利用串聯分壓電容將直流輸入單元的電平分成不同的電位點，具體如下：