[發(fā)明專利]一種采用不對稱電壓源的九電平逆變器

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• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN111628668A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉滿園;任威;李宋
• 申請（專利權(quán)）人: 華東交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/483
• 分類號(hào): H02M7/483;H02M7/5388
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明專利涉及一種采用不對稱電壓源的九電平逆變器，該逆變器包括一個(gè)直流電源組和一個(gè)全橋開關(guān)組。其中直流電源組由兩個(gè)直流電源、四個(gè)單向功率開關(guān)管、一個(gè)雙向功率開關(guān)管和六個(gè)不可控二極管構(gòu)成，全橋開關(guān)組為傳統(tǒng)全橋結(jié)構(gòu)，直流電源組與全橋開關(guān)組輸入端相連，全橋開關(guān)組的第一橋臂中點(diǎn)和第二橋臂中點(diǎn)為逆變器的輸出端。本發(fā)明的九電平逆變器利用不對稱電壓作為直流電源，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多電平逆變器相比在相同輸出電壓等級(jí)下，大幅減小了功率開關(guān)器件的數(shù)量以及裝置的復(fù)雜性，有效降低了逆變器的制造和維護(hù)成本，同時(shí)提高了逆變器的效率和系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子功率變換領(lǐng)域，尤其涉及一種采用不對稱電壓源的九電平逆變器。

背景技術(shù)

當(dāng)前，多電平逆變器已經(jīng)成為電力電子功率變換領(lǐng)域備受關(guān)注的重要研究熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中、高壓調(diào)速領(lǐng)域和柔性交流輸電系統(tǒng)中。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓的總諧波失真隨著電平數(shù)的增加顯著減小；輸出相同質(zhì)量電壓波形的條件下，開關(guān)損耗小、開關(guān)頻率較低；與兩電平變流器相比，在相的電壓等級(jí)下，du/dt明顯減小，在高壓大容量電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，可有效防止電機(jī)轉(zhuǎn)子繞阻絕緣擊穿，同時(shí)改善裝置的電磁干擾特性。

目前主要的多電平逆變器包括二極管嵌位式多電平逆變器、飛跨電容嵌位式多電平逆變器和級(jí)聯(lián)H橋式多電平逆變器。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)較高的電壓等級(jí)和電平數(shù)目時(shí)，二極管嵌位式多電平逆變器和飛跨電容嵌位式多電平逆變器所需的嵌位二極管器件或者嵌位電容器件數(shù)目將急劇增加，并且存在電容電壓平衡控制困難的問題。而級(jí)聯(lián)H橋式多電平逆變器比較容易實(shí)現(xiàn)較大的電平數(shù)目和電壓等級(jí)。但是隨著電壓等級(jí)的增加，級(jí)聯(lián)H橋式多電平逆變器級(jí)聯(lián)的單元數(shù)目也會(huì)增加，開關(guān)器件數(shù)量隨之增加。例如，傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)H橋九電平逆變器，在實(shí)現(xiàn)輸出九電平電壓時(shí)就需要十六個(gè)功率開關(guān)管。因此，如何通過較少的開關(guān)器件數(shù)目得到更多電平數(shù)目和更高的電壓等級(jí)一直成為在多電平逆變器研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。

隨著風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）、電力有源濾波器等電力設(shè)備在電力系統(tǒng)中的不斷需求，高效率和高質(zhì)量輸出波形的逆變器越來越被重視，因此運(yùn)用不對稱電壓源的新型多電平逆變器便應(yīng)運(yùn)而生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，針對傳統(tǒng)多電平逆變器的缺點(diǎn)，提出一種采用不對稱電壓源的九電平逆變器，在相同輸出電壓等級(jí)下減少開關(guān)器件數(shù)目、提高逆變器效率、簡化逆變器的結(jié)構(gòu)、節(jié)省系統(tǒng)成本。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種九電平逆變器由直流電源組和全橋開關(guān)組構(gòu)成；直流電源組與全橋開關(guān)組的兩端相連。

本發(fā)明的直流電源組由第一直流電源、第二直流電源、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管、第八開關(guān)管、第九雙向開關(guān)管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管、第九雙向二極管構(gòu)成。

本發(fā)明的第五二極管的陽極、第五開關(guān)管的發(fā)射極與第二直流電源正極相連于第一節(jié)點(diǎn)；第六二極管的陽極、第七二極管的陽極、第六開關(guān)管的發(fā)射極、第七開關(guān)管的發(fā)射極與第二直流電源負(fù)極相連于第二節(jié)點(diǎn)；第五開關(guān)管的集電極、第五二極管的陰極、第九雙向開關(guān)管的集電極、第九雙向二極管的陰極與第一直流電源正極相連于第三節(jié)點(diǎn)；第七二極管的陰極、第七開關(guān)管的集電極、第八二極管的陽極、第八開關(guān)管的發(fā)射極與第一直流電源負(fù)極相連于第四節(jié)點(diǎn)；第八二極管的陰極、第八開關(guān)管的集電極、第九雙向開關(guān)管的集電極、第九雙向二極管的陰極相連于第五節(jié)點(diǎn)。

本發(fā)明的第五二極管的陽極與第五開關(guān)管的發(fā)射極相連，第五二極管的陰極與第五開關(guān)管集電極相連；所述第六二極管的陽極與第六開關(guān)管的發(fā)射極相連，第六二極管的陰極與第六開關(guān)管集電極相連；所述第七二極管的陽極與第七開關(guān)管的發(fā)射極相連，第七二極管的陰極與第七開關(guān)管集電極相連；所述第八二極管的陽極與第八開關(guān)管的發(fā)射極相連，第八二極管的陰極與第八開關(guān)管集電極相連；所述第九雙向開關(guān)管由兩個(gè)開關(guān)管反向串聯(lián)相連，第九雙向二極管的陰極與第九雙向開關(guān)管的集電極相連。