[發明專利]擴展多電平升壓逆變拓撲及調制方法

有效

• 申請號: 202010480518.5
• 申請日: 2020-05-30
• 公開（公告）號: CN111740625B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 王要強;王凱歌;陳天錦;秦明;王克文;梁軍
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 武亞楠;黃軍委

本發明提供了一種擴展多電平升壓逆變拓撲及調制方法，所述擴展多電平升壓逆變拓撲包括半橋Ⅰ、半橋Ⅱ和擴展開關電容電路，通過驅動開關管的通斷控制所述直流輸入電源與所述擴展開關電容電路的串并聯轉換；所述半橋Ⅰ和所述半橋Ⅱ用于完成擴展開關電容電路輸出電平的正負極性轉換；逆變拓撲輸出電平數量和升壓增益可通過開關電容單元的模塊化擴展進一步提高，具有n級開關電容子模塊的逆變拓撲電路共可輸出共2n+3個電壓電平，最高電平的電壓可達到直流輸入電壓的(n+1)倍；拓撲減少了器件使用數量，無需復雜的電壓平衡控制即可實現電容電壓的自平衡，且開關對的互補工作機制簡化了調制策略。

技術領域

本發明涉及電能變換與新能源發電領域，具體的說，涉及了一種擴展多電平升壓逆變拓撲及調制方法。

背景技術

多電平逆變拓撲由于擁有更多的輸出電平數量，可以減小輸出波形的總諧波畸變，進而提高輸出電能質量，縮小濾波器尺寸，被廣泛應用于分布式光伏發電等新能源領域。

傳統的多電平逆變拓撲主要分為中點鉗位型、飛跨電容型和級聯H橋型三類。其中，中點鉗位型和飛跨電容型逆變拓撲存在拓撲結構復雜、電容電壓不易平衡等缺點；級聯H橋型逆變拓撲雖然具有模塊化結構簡單、輸出控制容易等優點，但隨著輸出電平數量的增加，需要大量的隔離直流電源，一定程度上限制了它們在工程中的應用。

除此之外，考慮到在分布式光伏發電系統中，單個光伏電池組件的輸出電壓一般較低，且傳統的電壓源逆變拓撲一般為降壓型逆變拓撲。因此，為了得到較高的交流輸出電壓，通常采用先前端DC-DC升壓、再后端DC-AC的雙級式變換結構。但是這種雙級式的變換結構整體效率不高，且一定程度上增加了系統體積和總體成本。為了適應新能源領域的發展需求，克服傳統多電平逆變拓撲擴展結構復雜、不具備自升壓能力的缺點，開關電容技術被應用到多電平逆變拓撲中。

申請號為201910398262.0中國專利公開了一種開關電容N電平逆變拓撲及其調制方法，逆變拓撲包括單個直流輸入電源、開關電容單元和全橋單元；通過擴展開關電容子模塊，該開關電容N電平逆變拓撲可以輸出任意電平0、±V_dc/n、……±iV_dc/n、…±2V_dc（i=1，2，…n），其中，逆變拓撲輸出電平數與電容之間的關系為：M_level=4n+1，n為電容數。但是，無論擴展多少個開關電容子模塊，擴展開關電容子模塊只能提高逆變拓撲輸出電能的質量，卻無法改變電平增益；該開關電容N電平逆變拓撲輸出電平的增益一致保持在2V_dc，為了得到更高的交流輸出電壓，通常需要采用前端DC-DC升壓的結構。

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，從而提供一種擴展多電平升壓逆變拓撲及調制方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明第一方面提供一種擴展多電平升壓逆變拓撲，所述擴展多電平升壓逆變拓撲包括半橋Ⅰ、半橋Ⅱ和擴展開關電容電路；

所述半橋Ⅰ包括開關管S₁與開關管S₂，所述半橋Ⅱ包括開關管S₃與開關管S₄；所述擴展開關電容電路包括開關電容基礎模塊和至少一級開關電容子模塊；所述開關電容基礎模塊包括開關管S₁₂、開關管S₀、二極管D₁和電解電容C₁，所述開關電容子模塊包括開關管S_i1、開關管S_i2、二極管D_i和電解電容C_i，（i=2，3，……，n）；