[發明專利]一種升降壓開關電容多電平逆變器及其調制方法

有效

• 申請號: 201910395147.8
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110149065B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王要強;周成龍;王克文;梁軍;章健;王明東;王金鳳;袁藝森
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/537
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 黃紅梅

本發明提供了一種升降壓開關電容多電平逆變器及其調制方法，該升降壓開關電容多電平逆變器設置在直流輸入電源與負載或交流電網之間，包括升降壓開關電容單元和全橋單元；所述升降壓開關電容單元，與所述直流輸入電源并聯連接，用于對所述直流輸入電源進行升壓或者降壓變換，并輸出多階梯電壓；所述全橋單元，與所述升降壓開關電容單元并聯連接，用于對所述升降壓開關電容單元輸出的多階梯電壓進行正負極性轉換后，傳輸至所述負載或所述交流電網。本發明集升壓與降壓變換于一身，實現了對輸入電源的升壓變換和降壓變換，并可進行兩種控制模式的在線切換，提高了逆變系統的靈活性，并且具有結構簡潔、電容自均壓以及獨立應用于感性負載的優點。

技術領域

本發明涉及電能變換與新能源分布式并網發電領域，具體的說，涉及了一種升降壓開關電容多電平逆變器及其調制方法。

背景技術

隨著環境污染以及能源危機等問題日趨嚴重，清潔可再生能源的開發利用備受關注。光伏發電因其具有分布廣泛、生產過程清潔、安全可靠、維護方便等優點得到了廣泛應用。

在光伏發電系統中，電力電子逆變器是發電系統的核心設備。傳統兩電平逆變器雖然結構簡單，技術成熟，但是其輸出波形諧波含量多，開關管電壓應力大，已逐漸不能滿足當今電力需求。多電平逆變器具有輸出波形質量好、輸出電壓諧波含量小、開關器件的電壓應力低以及需要較小的輸出濾波器等優點，因此，在光伏發電等領域中具有重要的應用前景。

目前，多電平逆變器主要結構有飛跨電容型、二極管箝位型以及級聯H橋型，但是隨著輸出電平數的增加，這些逆變器的電路結構變得復雜，控制難度增加。

為了減小系統的器件數量和控制復雜度，開關電容技術被應用到多電平逆變器結構中，開關電容結構是一種典型的無磁性結構，其由一定數量的開關器件和分壓電容組成，通過開關控制電容的工作狀態，實現電能的傳遞與轉換。開關電容多電平逆變器能夠通過較少的開關器件產生更高數量的輸出電平，具有體積小、效率高、功率密度大等優點，已成為電力電子逆變裝置研究的一種趨勢，但是現有開關電容結構往往只能進行升壓或者降壓變換，逆變系統不靈活。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種升降壓開關電容多電平逆變器及其調制方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種升降壓開關電容多電平逆變器，設置在直流輸入電源與負載或交流電網之間，包括升降壓開關電容單元和全橋單元；

所述升降壓開關電容單元，與所述直流輸入電源并聯連接，用于對所述直流輸入電源進行升壓或者降壓變換，并輸出多階梯電壓；

所述全橋單元，與所述升降壓開關電容單元并聯連接，用于對所述升降壓開關電容單元輸出的多階梯電壓進行正負極性轉換后，傳輸至所述負載或所述交流電網。

所述升降壓開關電容單元包括開關管S₅、開關管S₆、開關管S₇、開關管S₈、二極管D₀、電解電容C₁和電解電容C₂，所述開關管S₅、所述開關管S₆、所述開關管S₇和所述開關管S₈分別反向并聯一續流二極管；