[發明專利]一種六開關五電平整流器及其控制方法

在審

• 申請號: 202010587925.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111711369A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 劉兆偉;楊棟
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: H02M7/06
• 分類號: H02M7/06;H02M3/158;H02M1/08;H02M1/32
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 王娟

本發明公開了一種六開關五電平整流器及其控制方法，拓撲AC?DC包括三相橋臂，每相橋臂包括多組二極管電路，多組二極管電路順次通過連接節點連接于AC?DC的正負輸出端之間，第一節點與第四節點之間并聯有兩個串接的飛跨電容，第二節點與第三節點之間并聯有兩個串接的開關，兩個開關的連接點與兩個飛跨電容的連接點相連接，第二節點、第三節點分別通過一組二極管電路與AC?DC輸出端中點相連接。新拓撲輸入側并網電流波形THD較小，開關數量少，輸出側電壓靈活可控。本發明還通過價值函數及開關狀態選擇實現了直流側電容電壓穩定控制以及飛跨電容電壓波動抑制。新拓撲及其控制方法實用性強，可廣泛應用于電動汽車充電系統。

技術領域

本發明涉及整流器技術領域，具體涉及一種六開關五電平整流器及其控制方法。

背景技術

最近幾年，五電平整流器在風力發電和電動汽車充電等場合得到廣泛應用。和傳統兩電平整流器相比，五電平整流器在低電壓應力、低諧波以及低EMI方面優勢明顯。目前五電平整流器拓撲包括ANPC、NPC等，但是上述拓撲存在的問題是開關器件較多，因此上述拓撲的可靠性較低，成本較高。因此，低開關器件的拓撲電路成為多電平整流器理想方案。

此外，多電平雖然具有上述優勢，但是開關狀態也隨著指數增加。而且多電平整流器本身存在飛跨電容和直流側電容電壓平衡問題。如果控制不佳，多電平網側電流將發生畸變，直流側輸出電壓不穩定。

因此，針對五電平整流器系統，發明一種開關數量少，網側并網電流畸變小、輸出電壓靈活可控的拓撲及相應控制方法具有重要的意義。

發明內容

本發明提出了一種六開關五電平整流器及其控制方法，其目的是：減少開關數量，使網側并網電流畸變小、輸出電壓靈活可控，實現直流側電容電壓的穩定控制以及飛跨電容電壓波動抑制。

本發明技術方案如下：

一種六開關五電平整流器，包括前端AC-DC部分和后端DC-DC部分，所述AC-DC部分網側通過濾波器接入電網，所述AC-DC部分正、負輸出端分別與DC-DC部分正、負輸入端相連接，AC-DC部分正輸出端與負輸出端之間連接有2個串聯的直流側電容，所述DC-DC部分輸出端接負載。

所述AC-DC部分包括三相橋臂，每相橋臂包括多組二極管電路及節點，每相正輸出端與第一節點之間連接有第一二極管電路，第一二極管電路導通方向為由第一節點向正輸出端；第一節點與第二節點之間連接有第二二極管電路，第二二極管電路導通方向為由第二節點向第一節點；第二節點與輸入端之間連接有第三二極管電路，第三二極管電路導通方向為由輸入端向第二節點；輸入端與第三節點之間連接有第四二極管電路，第四二極管電路導通方向為由第三節點向輸入端；第三節點與第四節點之間連接有第五二極管電路，第五二極管電路導通方向為由第四節點向第三節點；第四節點與負輸出端之間連接有第六二極管電路，第六二極管電路導通方向為由負輸出端向第四節點。

所述第一節點與第四節點之間并聯有串接的上飛跨電容及下飛跨電容，第二節點與第三節點之間并聯有串接的上開關及下開關，上下開關的連接點與上下飛跨電容的連接點相連接。

第二節點通過第七二極管電路與輸出端中點相連接，第七二極管電路導通方向為輸出端中點向第二節點；第三節點通過第八二極管電路與輸出端中點相連接，第八二極管電路導通方向為第三節點向輸出端中點。

各相橋臂的正輸出端均與AC-DC部分的正輸出端相連接，各相橋臂的負輸出端均與AC-DC部分的負輸出端相連接。

所述DC-DC部分包括兩個并聯電路分支，每個并聯電路分支包括1個IGBT、1個電感及1個二極管，所述IGBT與所述電感串聯連接，所述IGBT與電感的連接點與接地端連接有二極管，所述二極管導通方向為由接地端向所述IGBT與電感的連接點。