[發(fā)明專利]一種八開關三相三電平逆變器及其SVPWM控制方法

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• 申請日: 2022-06-28
• 公開（公告）號: CN115189589A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設計）人: 魏金成;楊鑫;李思憶;李琴;邱曉初;馬利紅;胡秋宇
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/497;H02M1/088;H02M7/5387
• 代理公司: 云南盛恒知識產(chǎn)權代理有限公司 53224
• 代理人: 陳藝琴

本發(fā)明公開了一種八開關三相三電平逆變器，其特征在于，包括一組共用橋臂和三組獨立橋臂組成，直流端連接兩個獨立的直流電源供電；所述每個橋臂均由一對互斥開關連接構成；本發(fā)明提出的一種八開關三相三電平逆變器拓撲結(jié)構，簡化了十開關拓撲結(jié)構，和現(xiàn)有技術相比，其可以減少有源開關器件和無源器件的數(shù)量，減小逆變器的體積和降低生產(chǎn)成本；同時本發(fā)明提出八開關三相三電平逆變器的SVPWM調(diào)控策略，提升了輸出波形的質(zhì)量，其輸出電壓的諧波畸變率為2.5％，低于現(xiàn)有技術中的畸變率。

技術領域

本發(fā)明屬于電控技術領域，具體涉及一種八開關三相三電平逆變器及其SVPWM控制方法。

背景技術

多電平逆變器是電力工業(yè)中不可或缺的組件，由于其開關頻率較低、輸出波形好以及效率高等優(yōu)點廣泛應用于電動汽車充放電、智能電網(wǎng)以及變電環(huán)節(jié)等。然而，多電平逆變器因其結(jié)構復雜、控制算法實現(xiàn)困難等極大地限制了在實際工程中的應用，因此精簡其電路拓撲結(jié)構及其調(diào)制算法以及逐漸成為研究熱點。

最常見的多電平逆變器拓撲主要有三種，分別為中點箝位型(neutral-pointclamped，NPC)、飛跨電容型(flying-capacitor，F(xiàn)C)以及級聯(lián)H橋(cascaded h-bridge，CHB)。中點箝位型逆變器也稱二極管箝位逆變器，通過箝位二極管將中性點輸出電壓箝制在預定的電平。二極管箝位式逆變器當輸出電平數(shù)超過三后，需要的箝位二極管數(shù)量急劇增加，結(jié)構變得極為復雜，體積大，成本高。飛跨電容型多電平逆變器通過飛跨電容來替代二極管進行箝位，由于各相母線間存在平衡電容，因此可以輸出多個電壓波形。與箝位二極管逆變器相似，隨著輸出電平的增加，所需要的飛跨電容數(shù)量也會大大增加，并且直流側(cè)的電容電壓平衡也成為一個重要問題。級聯(lián)H橋逆變器雖然結(jié)構簡單，但同樣面臨著高電平逆變器的成本問題。

為了解決多電平逆變器面臨的高成本、大功率的問題，上世紀90年代末，印度學者Manjrekar首次提出了混合多電平的概念，很快成為國內(nèi)外學者的研究熱點，混合多電平結(jié)構和不對稱多電平結(jié)構在一定程度上可以解決傳統(tǒng)逆變器拓撲所面臨的問題。Rasoul等人提出的多電平變換器級聯(lián)拓撲結(jié)構，其中包括多個子級多電平單元，很適合于高電壓應用。Reza Barzegarkhoo等人提出了一種新的級聯(lián)多電平逆變器(CMLIs)系列，使用新型的基于電容的單元，通過使用最小數(shù)量的開關設備，僅用一個直流電源就能產(chǎn)生更多的輸出電壓等級，不需要任何的外加輔助電路即可保證直流端中點電位的平衡。Mohammad等人提出了一種基于次多電平單元和全橋轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)多電平轉(zhuǎn)換器的新拓撲結(jié)構。隨著輸出電壓電平的增加，在降低了功率損耗的同時，所需的直流電壓源和功率半導體器件的數(shù)量也隨之增加。Rasoul等人引入了較新的級聯(lián)多電平轉(zhuǎn)換器拓撲，對于特定數(shù)量的輸出電壓電平，獨立直流電壓源的數(shù)量減半，并且可以實現(xiàn)對稱和不對稱。Javad Ebrahimi等人提出了一種最適合中壓應用的半級聯(lián)型多電平逆變器的新拓撲結(jié)構，在降低了總峰值反向電壓值的同時，減少了開關管的數(shù)量，節(jié)約了成本。邱曉初等人提出了一種不對稱的三相準四電平結(jié)構，其每個橋臂只需要四個開關管即可輸出三個電平，通過調(diào)整直流端電壓比例，得到了更高的輸出電平數(shù)。

為了在進一步減少開關管的數(shù)量，增加輸出電平數(shù)，一種耦合的十開關三相三電平拓撲結(jié)構被提出，但是依舊是開關器件繁多，其占用空間較大，且制作成本較高；因此，現(xiàn)目前需要一種既能保證輸出波形良好，簡化十開關拓撲結(jié)構的八開關三相三電平逆變器拓撲結(jié)構及其控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種八開關三相三電平逆變器及其SVPWM控制方法。

為了達到解決上述技術問題的技術效果，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種八開關三相三電平逆變器，其特征在于，包括一組共用橋臂和三組獨立橋臂組成，直流端連接兩個獨立的直流電源供電；所述每個橋臂均由一對互斥開關連接構成；

本發(fā)明的又一目的在于提供一種八開關三相三電平逆變器的SVPWM調(diào)控策略，八開關三相三電平逆變器拓撲不含有中矢量以及短矢量中的冗余矢量，其特征在于，包括：