[发明专利]两重复合式链式多电平逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子变换器领域，特别是涉及一种两重复合式链式多电平逆变器。

背景技术

传统的功率电子变换器电路中，输入为单一的直流电源，只能对一个恒定幅值的电源进行方波变换，或者脉冲宽度调制，输出恒定的方波或者PWM波形。如在电压型DC/AC变换器中，设直流电源的电压为Vdc,以低电压节点为零电位的参考点，这经过变换器后得到的输出脉冲只有两种电平，即0电平和Vdc，通常称这种电路为两电平电路。由于这种电路直接接在高于市电（单相220V、三相380V）的中高电压电网上会存在很高的dV/dt 和共模电压，对功率开关器件和电机绕组的绝缘构成了威胁。而且若采用器件直接串联进行两电平变换时，串联器件的同时导通和关断是一个比较难以完善解决的问题。

多电平变换器和通常的两电平变换器相比，多电平变换器在不同的开关状态下可以在输出端得到不同幅值的多种电平输出。并有效地避免了多个串联器件同时开通和同时关断的技术难点。20世纪60年代晚期提出了串联H桥多电平电路的概念，紧接着在同一年出现了低功率的飞跨电容钳位多电平。在20世纪70年代首次出现了实际的二极管钳位三电平变换器3L-NPC,在大功率场合的应用，1980年日本长冈科技大学的南波江章（A.Nabae)在IEEE工业应用（IAS)年会上正式发表了关于二极管钳位三电平变换器的文章。

在目前的多电平变换器拓扑的研究和工业应用中，串联（链式）H桥多电平变化器、飞跨电容钳位多电平变换器和二极管钳位多电平变换器被认为是三种最经典的多电平变换器拓扑。

多电平拓扑的优点在于能够通过输出更多的电平数来获得比较低的电压或者电流应力，使得较低容量的功率器件能够应用到高电压大电流的场合。同时得到更好的波形质量，它们的出现一定程度上减轻了新的应用对功率模块制造和封装上的压力。但是功率模块封装之间互联关系变得复杂了，需要更多的驱动和辅助电源。因此，工业界和研究人员希望能够以最少的器件获得最多的输出电平数。在经典的三种多电平拓扑中链式多电平能以较少的功率器件获得较多的电平数，得到了广泛的工业应用，因此对经典链式多电平的改进是获得以更少器件获得更多电平的可行途径之一。采用不同直流侧电压H桥构成的不对称链式多电平有更多的输出电平的阶梯数，另外有采用三电平H桥串联、三电平和两电平串联和双臂串联的不同的改进方案。

Ebrahim Babaei提出了一种最少开关器件数目的逆变器。但是这中逆变器的拓扑需要有一个H桥负责对直流侧阶梯波进行换相，在该拓扑的串联子拓扑模块中低速器件和高速器件可分别承担不同的任务，H桥上的低速器件工作工作于基频，起对子拓扑内的单极性梯形波的换向作用，但在实际应用中，由于该电路采用的两电平的H桥实现换向，因此不便于在高电压的环境下使用。部分地失去了多电平电路的优势。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种两重复合式链式多电平逆变器，其能够既适合于中高压场合、又能在输出特定电平数目时，和其它多电平逆变器相比具有最少开关器件的多电平逆变器；具有的尽可能少的驱动电路和辅助电源数目；便于模块化生产，减少维护成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种两重复合式链式多电平逆变器，该两重复合式链式多电平逆变器包括多个串联在一起的多电平逆变器子拓扑单元；所述多电平逆变器子拓扑单元包括直流侧多电平斩波器与一个H桥逆变单元并联；所述直流侧多电平斩波器包括多个串联在一起的直流侧链式斩波单元；

优选的是，所述直流侧多电平斩波器是H桥逆变单元的输入功率单元；

优选的是，所述直流侧链式斩波单元包括一个直流电容Vdc先与开关S1串联后再与开关S2并联；

优选的是，所述H桥逆变单元包括逆变电路A、逆变电路D分别与逆变电路B、逆变电路C并联后再串联。

本发明的有益效果是：本发明两重复合式链式多电平逆变器，能够通过对以少于传统多电平的器件数获得较多的输出电平，在该拓扑的串联子拓扑模块中低速器件和高速器件可分别承担不同的任务， H桥上的低速器件工作工作于基频，对子拓扑内的单极性梯形波起换向作用，使之成为双极性的交流波形输出。高速器件以较高的开关频率工作在SPWM模式，以获得比较高的输出波形质量。该子拓扑经过模块化串联以后进一步提高了所能承受的工作电压和输出波形质量，和传统的链式多电平电路相比，可以获得较高的性价比。便于模块化；直流侧电容电压均衡控制比较简单，电路自身具有均压特性；旁路切除，保护容易，可靠性高；直流侧可以混合使用电容和电池。

附图说明