[发明专利]新型三电平电压源逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及到多电平变换技术领域。

背景技术

多电平变换器具有器件电压应力低、输出波形总谐波畸变率(total harmonic distortion，THD)低、系统电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)小、损耗小等优点，受到并网发电、新能源、燃料电池、交流电机调速领域的极大关注。

现有多电平变换器分为二极管钳位型、飞跨电容型和级联型3种基本类型。

随着电平数增加，其所需钳位器件的数量成2倍、甚至成平方关系增长，除了增加系统成本和控制复杂度外，大量的器件意味着发生故障的可能性增大。而为了获得更高电平的输出，人们通常需要更为复杂的拓扑结构，这一缺点限制了多电平技术的应用。

发明内容

本发明为了解决现有电平变换器存在的结构复杂和控制复杂的问题，设计了一种新型三电平电压源逆变器。

所述新型三电平电压逆变器由直流侧电路和逆变侧电路构成，其特征在于，直流侧电路用于输出直流电源给逆变侧电路，所述逆变侧电路为两电平逆变电路，所述两电平逆变电路将输入的直流电信号转换成三电平信号输出。

所述两电平逆变电路由6个IGBT开关S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn和S_cn组成，所述6个IGBT开关中的S_xn和S_xp组成一个桥臂，其中S_xn为下桥臂，S_xp为上桥臂，x∈{a，b，c}；三个桥臂并联在直流侧电路的直流输出侧，每个桥臂的上桥臂和下桥臂的连接点为两电平逆变电路的一个逆变电平输出端。

所述直流侧电路由两个直流源和两个IGBT开关S_B1、S_B2组成，其中一个直流电源和一个IGBT开关串联后与另一个IGBT开关并联连接、然后再与另一个直流电源串联连接。

所述两个直流电源输出的电压幅值均为V_DC。

所述直流侧电路中的两个IGBT开关S_B1、S_B2的开关状态始终保持相反。

所述两电平逆变电路中的6个IGBT开关S_ap、S_bp、S_cp、S_an、S_bn和S_cn中，位于同一个桥臂的两个IGBT开关管S_xp和S_xn的开关状态始终保持相反，x∈{a，b，c}。

本发明与传统的二极管钳位三电平电压源逆变器相比较的优点有：

传统的二极管钳位三电平电压源逆变器的结构复杂，每一相输出桥臂都需要8个IGBT开关和6个钳位二极管；而本发明的新型拓扑结构在改变直流侧电路之后，整个拓扑仅仅需要8个IGBT开关且不需要任何的钳位二级管，而且不需要电容，大大简化了逆变器的拓扑结构。更为重要的是，不存在无法从根本上解决的中点电位不平衡的问题，与此同时，大大简化了调制策略。

本发明通过简化的拓扑结构实现三电平输出，使得多电平技术得到更好、更广泛的应用。针对传统的三电平拓扑结构存在结构复杂、使用器件数量多的缺点，本发明简化了三电平的拓扑结构，降低了器件的数量，与此同时，不存在传统三电平逆变器的中点电位不平衡问题，通过更为简化的调制策略实现三电平输出。

附图说明

图1是本发明所述的新型三电平电压源逆变器的拓扑结构示意图。

图2是本发明所述的新型三电平电压源逆变器的空间矢量图。

图3是本发明所述的新型三电平电压源逆变器的第一扇区空间矢量图。

图4是本发明所述的新型三电平电压源逆变器的输出相电压。

图5是本发明所述的新型三电平电压源逆变器的输出线电压。

图6是本发明所述的新型三电平电压源逆变器的三相负载电流示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的新型三电平电压源逆变器由直流侧电路和逆变侧电路构成，其中，直流侧电路用于输出直流电源给逆变侧电路，所述逆变侧电路为两电平逆变电路，所述两电平逆变电路将输入的直流电信号转换成三电平信号输出。