[發(fā)明專(zhuān)利]一種半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路及控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811468230.5
• 申請(qǐng)日: 2018-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111262464A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張皓;陳昀;張一嘯;張一鳴;陳天牧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京印刷學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H02M7/483
• 分類(lèi)號(hào): H02M7/483
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路及控制方法，所述逆變電路是一種由基礎(chǔ)子模塊構(gòu)成的新型多電平逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述基礎(chǔ)子模塊包括第一基礎(chǔ)子模塊、第二基礎(chǔ)子模塊和第三基礎(chǔ)子模塊三種。通過(guò)將第一基礎(chǔ)子模塊、第二基礎(chǔ)子模塊和第三基礎(chǔ)子模塊進(jìn)行配置組合，使其在不增加額外直流電源的基礎(chǔ)上構(gòu)成不同的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所述半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路不僅可自由輸出多電平，并且在逆變電路擴(kuò)展至M(M≥1)相N(N≥2)電平時(shí)，僅需N?1個(gè)鉗位電容和一個(gè)獨(dú)立直流源，無(wú)需增添其他器件，器件使用數(shù)量少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效降低了硬件成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路及控制方法，可應(yīng)用于高中低壓逆變器、直流輸變電、高中低壓交流變頻傳動(dòng)、特種逆變電源、UPS裝置和儲(chǔ)能裝置等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路有多個(gè)電平輸出，與傳統(tǒng)的兩電平逆變電路相比具有輸出電壓等級(jí)高、波形質(zhì)量好、電壓變化率（dv/dt）小以及電磁干擾（ElectromagneticInterference，簡(jiǎn)稱(chēng)EMI）小等諸多優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路已在風(fēng)電、光伏發(fā)電、高壓逆變等場(chǎng)合廣泛應(yīng)用。多電平逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括二極管鉗位型、飛跨電容鉗位型和級(jí)聯(lián)型三種。由于傳統(tǒng)的二極管鉗位型多電平逆變電路受當(dāng)前開(kāi)關(guān)器件電壓等級(jí)的限制，無(wú)法輸出更高的電壓（6～10kV）。為了提高輸出電壓等級(jí)，必須提高電平的數(shù)量，如此又存在母線(xiàn)電容電壓難以平衡的問(wèn)題，需要增加額外的硬件鉗位電路，如采用多繞組變壓器分別對(duì)各級(jí)母線(xiàn)電容進(jìn)行鉗位等。電容鉗位型多電平逆變電路雖然可以實(shí)現(xiàn)任意電平輸出和所有電容的電壓平衡控制，但需要使用數(shù)目眾多的鉗位電容。大量電容的引入不僅增加了系統(tǒng)的成本和體積，而且頻繁地充放電使得電容的壽命大大縮短，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

而級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路不存在前兩者的輸入電容均壓或飛跨電容電壓控制問(wèn)題，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常采用 H 橋級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)，易于模塊化設(shè)計(jì)，因此在中高壓大功率場(chǎng)合中一直備受青睞。

發(fā)明內(nèi)容

文獻(xiàn)1[A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self VoltageBalancing]提出了一種廣義多電平逆變電路。該逆變電路在實(shí)現(xiàn)多電平輸出的同時(shí)可通過(guò)算法自動(dòng)平衡輸出路徑上各電容的電壓且其模塊化的連接方式便于電平拓展。但當(dāng)逆變電路擴(kuò)展至M相、N電平時(shí)，該電路結(jié)構(gòu)及其衍生拓?fù)鋭t需要[(N-1)×(N-2)×M]/2+N-1個(gè)鉗位電容或鉗位二極管，器件較多，極大地增加了硬件成本。

文獻(xiàn)2[a non conventional power converter for plasma stabilization]提出了一種經(jīng)典的級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路。它采用多個(gè)低壓逆變單元輸出級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)高壓輸出，輸出諧波小且其模塊化的設(shè)計(jì)易于多電平擴(kuò)展。但該逆變電路容量擴(kuò)展到M相N（N≥2）電平時(shí)需要(N-1)×M/2個(gè)獨(dú)立直流源，直流源使用量大，硬件成本高。

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路，本發(fā)明的目的在于提出一種由基礎(chǔ)子模塊構(gòu)成的新型多電平逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述的基礎(chǔ)子模塊包括第一基礎(chǔ)子模塊、第二基礎(chǔ)子模塊和第三基礎(chǔ)子模塊三種。通過(guò)將三種所述基礎(chǔ)子模塊進(jìn)行配置組合，使其在不增加額外直流電源的基礎(chǔ)上構(gòu)成不同的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。更優(yōu)地，所述的半橋級(jí)聯(lián)型多電平逆變電路不僅可自由輸出多電平，并且在逆變電路擴(kuò)展至M相N（N≥2）電平時(shí)，僅需N-1個(gè)鉗位電容和一個(gè)獨(dú)立直流源，無(wú)需增添其他器件，器件使用數(shù)量少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效降低了硬件成本。