[發明專利]一種七電平逆變電路、逆變器及控制方法

在審

• 申請號: 202110178662.8
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112994498A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 張承慧;劉浩;李曉艷;邢相洋;胡順全;任其廣
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/12;H02M1/088
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了一種七電平逆變電路、逆變器及控制方法，所述七電平逆變電路，包括：T型三電平逆變器和H橋電路，所述T型三電平逆變器輸出三個電平，與H橋電路級聯實現每相輸出七電平；T型三電平逆變器三相共用兩個直流側電容，每一相各有一個懸浮電容。本公開技術方案通過只選擇零共模電壓矢量作為候選矢量，很好的降低了逆變器的共模電壓。

技術領域

本公開屬于逆變器控制技術領域，尤其涉及一種七電平逆變電路、逆變器及控制方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

在能源日益緊缺和環境嚴重污染的今天，風能、太陽能等可再生能源發電得到了快速的發展。并網逆變器作為可再生能源系統與電網的接口，其性能直接影響到發電系統輸出電能質量。

相比于低電平逆變器，多電平逆變器由于其特殊的優點，近年來在工業上得到了廣泛的應用。多電平逆變器的優點主要包括：其改進的輸出波形質量較好，可以降低電磁干擾，可以使用更少的濾波器以減少設備的體積等等。但在目前的研究中，多電平逆變器也帶來了一些問題，比如電容電壓難以控制平衡，中性點電壓不穩定，逆變器系統較為復雜等等。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本公開提供了一種七電平逆變電路，能夠兼顧中性點電壓平衡、懸浮電容電壓平衡以及減少共模電壓。

為實現上述目的，本公開的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，公開了一種七電平逆變電路，包括：T型三電平逆變器和H橋電路，所述T型三電平逆變器輸出三個電平，與H橋電路級聯實現每相輸出七電平；T型三電平逆變器三相共用兩個直流側電容，每一相H橋各有一個懸浮電容；

其中，T型三電平逆變器直流側電壓上側電容電壓與下側電容電壓相等，以實現中性點電壓平衡。

進一步的技術方案，所述T型三電平逆變器包括直流側兩個電容，每相橋臂四個開關管，直流側電壓為Udc(4E)，通過調節開關管的開通關斷，可以實現每相輸出-Udc/2,0,Udc/2三個電壓等級。T型三電平逆變器的導通損耗較小，既具有三電平逆變器的共有優點，也使得傳統三電平逆變器功率器件熱分布不均衡的問題得以解決。

進一步的技術方案，所述H橋電路包括并聯的三個支路，第一、二支路為兩個串聯的開關管，第三支路為懸浮電容。通過將懸浮電容電壓控制在E，可以實現H橋電路輸出-E，E兩個電壓等級。

第二方面，公開了一種七電平逆變電路的控制方法，包括：

三相采樣電流經Clark變換，得到兩相靜止坐標系下的電流；

三相網側采樣電壓經坐標變換，得到兩相靜止坐標系下的電壓值；

經拉格朗日外推法得到下一時刻的電流，再經離散化后的模型預測控制計算出下一時刻的參考電壓值，經過價值函數計算出最小的兩個電壓矢量作為候選矢量；

再根據中點電位平衡和懸浮電容電壓平衡的要求(中點電位應當保持在0，即直流側上下電容電壓之差為0。懸浮電壓電容電壓應該控制在E)選擇具體開關狀態，最終作用到各個開關上，輸出七電平。

本公開上述方法以零共模電壓作為電壓候選矢量，利用兩段電壓矢量合成參考電壓矢量，利用模型預測方法計算零共模電壓矢量中價值函數最小的兩個電壓矢量；控制懸浮電容電壓，以能夠輸出七電平。

進一步的技術方案，控制中性點電壓平衡和懸浮電容電壓平衡中，懸浮電容電壓平衡優先級大于中性點電壓平衡。

進一步的技術方案，直流側電源為Udc(4E)，具體值為600V，T型三電平逆變器可以輸出-2E、0、2E三個電平，與H橋電路配合實現每相輸出七電平，具體為：-3E、-2E、-E、0、E、2E、3E。