[發明專利]一種輸入電流連續的共地型開關電容逆變器及其控制方法

在審

• 申請號: 202310315077.7
• 申請日: 2023-03-28
• 公開（公告）號: CN116647119A
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 姚佳;張建棟;嵇保健;張澤宇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M7/483;H02M7/539;H02M1/12;H02M1/14;H02M1/088
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本發明公開了一種輸入電流連續的共地型開關電容逆變器及其控制方法，逆變器包括基礎升壓單元M1、可拓展開關電容單元M2和輸出單元M3組成。其中，所述基礎升壓單元M1可實現輸入電流連續，減小輸入電流紋波，并調制電容電壓；可拓展開關電容單元M2可為多種類型的開關電容單元組成，多個可拓展開關電容M2通過級聯提升變換器電壓增益和電平數。基礎升壓單元M1和可拓展開關電容單元M2通過串聯，可以實現多電平輸出。本發明具有輸入輸出共地、高增益、支持寬電壓輸入、可拓展、輸入電流連續且紋波較小和輸出總諧波畸變率較低的優點。

技術領域

本發明屬于多電平逆變器與新能源分布式并網發電領域，具體涉及一種輸入電流連續的共地型開關電容逆變器及其開關控制方法。

背景技術

可再生能源并網系統、電動汽車、柔性交流輸電系統或其他交流分布式發電系統的應用中，相較于兩電平逆變器，多電平逆變器(MLI)具備總諧波失真(THD)低，模塊化，容錯能力強等優勢。

在光伏發電系統的應用中，共地型開關電容多電平逆變器可以有效消除漏電流、獲得高增益、減小THD。

常見的開關電容逆變器電壓調制范圍很小，輸入電流不連續，無法直接連接光伏板，需要前級直流變換器完成最大功率跟蹤等控制，會增加額外成本。如何實現開關電容逆變器輸入電流連續控制輸入電流紋波并提供電壓增益調制能力是當前研究的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于針對現有開關電容型多電平逆變器拓撲的不足，而提出一種新型共地型開關電容多電平逆變器拓撲。該拓撲基礎升壓單元(M1)實現輸入電流連續，減小輸入電流的紋波，支持寬電壓輸入；可拓展開關電容單元(M2)可由多個可拓展開關電容級聯而成，基礎升壓單元(M1)和可拓展開關電容單元(M2)通過串聯，可以實現多電平輸出。

一種輸入電流連續的共地型開關電容逆變器，其特征在于：包括基礎升壓單元(M1)、可拓展開關電容單元(M2)和輸出單元(M3)；

所述基礎升壓單元(M1)由輸入電感(L)、第一功率開關管(S1)、第二功率開關管(S2)、第五功率開關管(S5)及第一電容(C1)構成。其中輸入電感(L)的正端連接直流電源(Vdc)的正輸出端；第五功率開關管(S5)的漏極連接輸入電感(L)的負端和第一功率開關管(S1)的源極，第五功率開關管(S5)的源極連接直流電源(Vdc)的負端、第二功率開關管(S2)的漏極和地；第一電容(C1)的正端連接第一功率開關管(S1)的漏極和可拓展開關電容單元(M2)的端口1，第一電容(C1)的負端連接第二功率開關管(S2)的源極和可拓展開關電容單元(M2)的端口2；基礎升壓單元(M1)可輸出+V_c，0，-V_c三種電平，其中V_c為調制后電容的電壓，V_c＝V_dc/(1-D)，其中D＝t_on/Ts，Ts為開關周期，t_on為電感每個開關周期電感充電時間。

所述可拓展開關電容單元(M2)由多個開關電容單元(K1～Kn)組成，每個開關電容單元(Kn)包含四個端口，即端口1、端口2、端口3及端口4，每個開關電容單元(Kn)可輸出+V_c，0，-V_c三種電平；所述可拓展開關電容單元(M2)，當單元數為n時，權力一所述開關電容逆變器的輸出交流電壓電平數為2n+3，n為大于等于1的自然數。

所述輸出單元(M3)包括第三功率開關管(S3)、第四功率開關管(S4)構成。其中第三功率開關管(S3)的漏極連接可拓展開關電容單元(M2)的端口3，第四功率開關管(S4)的源極連接可拓展開關電容單元(M2)的端口4；第三功率開關管(S3)的源極連接第四功率開關管(S4)的漏極和地構成輸出端口V_o。

進一步所述開關電容可拓展單元(M2)可為但不限于串并聯型、級聯型、階梯型開關電容拓撲。