[發明專利]一種分裂電容功率單元多電平變換器的調制方法

有效

• 申請號: 202010174504.0
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111342690B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 汪誠;李磊;彭合;孫樂
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/537;H02M3/335;H02J3/38
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發明公開了一種分裂電容功率單元多電平變換器及其調制策略，所示變換器包括首模塊前級、N個發電/儲能模塊、N?1個分裂發電/儲能功率模塊、首模塊后級、濾波電感L及電網電壓源v_g；所述首模塊前級的一端與發電/儲能模塊連接，N個發電/儲能模塊與N?1個分裂發電/儲能功率模塊依次間隔連接，發電/儲能模塊與首模塊后級的一端連接，首模塊后級的另一端端子b與電網電壓源v_g的一端連接，電網電壓源v_g的另一端與濾波電感L的一端連接，濾波電感L的另一端與首模塊前級另一端端子a連接。本發明不僅實現了多電平輸出，而且實現了發電/儲能單元的功率不匹配運行與減少了直流電壓傳感器的使用。

技術領域

本發明屬于多電平電力電子變換器及其控制領域，具體為一種分裂電容功率單元多電平變換器及其調制方法。

背景技術

在大功率電池儲能系統，大容量電機驅動，大規模光伏發電系統等場合，級聯H橋及類似的級聯模塊化多電平變換器的應用越來越廣泛。多電平變換器的高電能輸出質量不僅能避免了并網應用中的笨重輸出濾波器，而且能減小電機驅動系統中的轉矩脈動和絕緣應力。相比于傳統的兩電平或三電平變換器，模塊化結構易于變換器輸出電平擴展，從而無需笨重的工頻變壓器即可連接至中高壓電網，是中高壓場合大功率變換器的理想結構之一。

模塊級聯的結構將發電單元如光伏電池板或儲能單元如鋰電池等分配到每個模塊，形成的統一物理模塊可以靈活控制發電/儲能模塊，具有完美的電能輸出質量與改善的容錯性。盡管優點很多，但是每個發電/儲能模塊的性能不一致，例如光伏電池板的最大功率受光照影響而出現失配，鋰電池的充/放電功率受到溫度的影響而出現很大差別等，如何實現每個發電/儲能模塊性能的最大化是級聯H橋等級聯模塊化多電平變換器應用于分布式發電/儲能場合時所面臨的主要問題之一。

除此之外，隨著參與級聯的模塊數目增多，要使用的元器件如半導體開關管、傳感器等數目將成倍增加。如何有效控制數目龐大的開關管的開關損耗將是這類多電平變換器改進方向之一。傳感器故障是這類多模塊變換器的主要故障之一，如何減少傳感器數目是這類模塊化變換器的另一個可改進之處。

發明內容

本發明的目的在于提供了分裂發電/儲能功率模塊多電平變換器拓撲結構及其低損耗調制方法。

實現本發明目的的技術方案為：一種分裂電容功率單元多電平變換器，包括首模塊前級、N個發電/儲能模塊、N-1個分裂發電/儲能功率模塊、首模塊后級、濾波電感L及電網電壓源v_g；

所述首模塊前級的一端與發電/儲能模塊連接，N個發電/儲能模塊與N-1個分裂發電/儲能功率模塊依次間隔連接，發電/儲能模塊與首模塊后級的一端連接，首模塊后級的另一端端子b與電網電壓源v_g的一端連接，電網電壓源v_g的另一端與濾波電感L的一端連接，濾波電感L的另一端與首模塊前級另一端端子a連接。

本發明還提出了一種分裂電容功率單元多電平變換器的調制方法，包括：

h₁：將首模塊與分裂發電/儲能功率模塊進行統一編號，新編號為1,2,...,N-1,N；在運行區間I或運行區間III，新編號小于或等于橋臂期望電壓脈沖形式v_pwm的模塊采用貢獻電平為1的開關模式，新編號大于橋臂期望電壓脈沖形式v_pwm的模塊采用貢獻電平為0的開關模式；在運行區間II或運行區間IV，新編號小于或等于橋臂期望電壓脈沖形式v_pwm絕對值的模塊采用貢獻電平為-1的開關模式，新編號大于橋臂期望電壓脈沖形式v_pwm絕對值的模塊采用貢獻電平為0的開關模式，其中，區間I：區間II：區間III：和區間IV：為電壓調制波信號，為并網電流指令信號；