[發明專利]一種適用于混合級聯H橋的改進混合調制方法

在審

• 申請號: 202110241242.X
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113014131A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 顧軍;宋飛;許青春;李平;許天
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/088;H02M1/32
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本發明公開一種適用于電壓比為1:1:2的混合級聯H橋多電平逆變器的改進型混合調制方法，屬于多電平變流器PWM技術領域。該方法將高壓單元與低壓單元進行單獨控制。高壓部分采用階梯波調制得到高壓單元的脈沖信號。低壓部分采用階梯波調制與PWM調制相結合的混合調制，其中PWM調制是使用單載波的類似單極性倍頻的調制方式，將這兩種調制方法進行排序，利用1/4周期循環的方式分別對低壓單元實現調制得到低壓單元的優化脈沖信號。本發明的方法提高了逆變器輸出電壓的等效開關頻率，實現了低壓單元相內、相間開關管功率損耗一致，同時實現了低壓單元間的輸出功率均衡控制，提高了該逆變器的實用性。

技術領域

本發明屬于多電平變流器PWM技術領域，具體涉及一種直流側電壓比為1:1:2的混合級聯H橋逆變器的改進混合調制方法。

背景技術

隨著電力電子技術的飛速發展，電力電子裝置的電壓和容量等級也隨之日益提高，傳統的兩電平變流技術受器件耐壓及輸出電壓性能的影響已經無法適應大功率高壓場合。多電平逆變技術的應運而生，通過拓撲的改變降低了功率器件的電壓應力，改善了輸出電壓的波形質量，同時大大降低了輸出電壓的變化率，減小了電磁干擾。

在多電平逆變器中，級聯H橋型逆變器由于其結構簡單、諧波性能好、不存在電壓不均衡問題而被廣泛應用在電能質量管理、新能源并網等領域，但對于該拓撲而言，增加電平數提高輸出電壓的波形質量，就需要增加級聯數量，這無疑提高了成本，也使得控制更為復雜。于是，有學者提出直流側不對稱的混合級聯橋的拓撲結構，該拓撲在輸出相同電平的情況下，減少了級聯單元的數量，具有很好的研究價值。

混合級聯H橋逆變器采用傳統混合調制方法時，往往存在高壓單元與低壓單元輸出電壓極性相反的狀態，當直流側使用二極管整流時就會產生高壓單元向低壓單元能量倒灌問題，使得直流側電容電壓升高，從而導致逆變器輸出波形質量下降，甚至燒毀裝置。其中混合級聯H橋逆變器根據直流側電壓比的不同可以分成多種不同類型的結構，有常見的電壓比為1:2、1:3的結構，也有1:1:2等多低壓單元的結構。多低壓單元的混合級聯逆變器在電平跳變時，往往有更多的冗余開關狀態，不需要設計更多的載波和額外的邏輯重組，通過合理的選擇就可以解決電流倒灌問題，但存在著低壓單元間輸出功率不均衡問題。

如圖1所示為電壓比1:1:2的混合級聯H橋逆變器的拓撲結構，該拓撲由兩個直流源為E的低壓單元 H1、H2和一個直流源為2E的高壓單元H3組成。本發明的調制方法在保證無能量倒灌問題的情況下，可以使得高壓單元工作在低頻狀態，降低了整體開關損耗，逆變器輸出電壓的等效開關頻率可達實際開關頻率的兩倍，同時低壓單元的功率均衡控制使得低壓單元在半個輸出電壓周期內實現輸出功率平衡，提高了該逆變器的實用性。

發明內容

發明目的

本發明的目的是提出一種適用于電壓比為1:1:2的混合級聯H橋逆變器的改進混合調制方法，提高了逆變器輸出電壓的等效開關頻率，實現了低壓單元相內、相間開關管功率損耗一致，同時實現了低壓單元間的輸出功率均衡控制，提高了該逆變器的實用性。

本發明的技術方案如下：

(1)該混合級聯H橋逆變器由3個級聯單元組成，其中，單元1、2為低壓單元，直流側為電壓源，且直流側電壓為E，單元3為高壓單元，直流側電壓為2E，H1單元輸出電壓為v_H1，H2單元輸出電壓為v_H2， H3單元輸出電壓為v_H3，逆變器輸出電壓為v_out。