[发明专利]一种基于桥式多电平开关电容模块的两级式九电平逆变器

说明书

本发明公开了一种基于桥式多电平开关电容模块的两级式九电平逆变器。其中DC‑DC变流环节应用了桥式多电平开关电容模块，实现了峰值为4倍输入电压的电压输出，保证了升压环节的高效率和高功率密度，解决了多电平逆变存在的母线电压不平衡的问题；DC‑AC变流环节应用双向开关非对称H桥，结合不等幅载波层叠PWM控制策略，实现了九电平交流输出，提高了直流母线电压利用率，优化了输出波形质量。

技术领域

本发明涉及一种基于桥式多电平开关电容模块的两级式九电平逆变器。

背景技术

随着煤、石油、天然气等常规能源的日益衰竭，作为其替代品的多种可持续清洁能源，如太阳能、风能、生物质能等成为研究的热点。其中，太阳能因其储量丰富、无噪声、无污染等优势而被公认为是最理想的可持续、绿色环保能源。电能变换装置是光伏发电系统中的一个核心部件。在光伏并网应用中，通常采用并网逆变器实现光伏电池到电网的电能传递。

逆变器作为光伏阵列和电网接口的主要设备，它的性能决定着整个光伏发电系统的性能。为了将光伏阵列产生的电能最大限度地馈入电网，并提高其运行的稳定度、可靠性和精确度，必须对并网逆变器的主电路拓扑选择、滤波器参数设计及其控制策略选取等进行深入研究。

根据功率变换级数，可将并网逆变结构分为两极式变流和单级式变流两种方案。两级式并网逆变结构是指将DC-DC升压变流环节与DC-AC逆变变流环节独立开来，便于两级变流环节都能够独立简化各自的变流控制方法，专注运行效率的提升，确保系统运行的安全与稳定。

针对传统逆变器存在的成本高、体积大、功率密度低、电压抬升能力有限、逆变效率难以提升等缺点，人们将目光投向了开关电容型逆变器。开关电容因为不含电感、变压器等磁性元件，能有效提高功率密度和集成度，减轻系统重量，促进系统小型化，实现高变比升压和宽范围调节。将开关电容网络应用于并网逆变变流技术，对于提高直流侧的电压泵升能力、拓宽并网逆变器容许接入分布式电源输出的直流电压范围，以及分布式并网发电系统进一步的集成化、小型化、高效化发展具有重要的研究意义。

基于传统逆变器在直流输电系统中电压等级的限制，人们开始在拓扑结构和控制方法上来寻求解决方法，其中之一就是多电平逆变技术。多电平逆变技术从系统的拓扑结构上进行优化以实现高压大功率的输出。输出电压随着电平数的增加，其波形会更加平滑、越接近正弦波，谐波也会随之减少，同时，每个开关器件所要承受的电压应力较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于桥式多电平开关电容模块的两级式九电平逆变器，实现DC-DC变换环节的高效率、高功率密度和高电压变比，DC-AC变换环节应用双向开关非对称H桥，结合不等幅载波层叠PWM控制策略，实现九电平交流输出，提高直流母线电压利用率，优化输出波形质量。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于桥式多电平开关电容模块的两级式九电平逆变器，包括桥式多电平开关电容模块与逆变模块；

所述桥式多电平开关电容模块包含H桥和基本开关电容模块；其中H桥由四个全控器件MOSFET开关管S₁、S₂、S₃、S₄组成；其中S₁的

基本开关电容模块包括串联连接的第一电容C_1a和第二电容C_1b、串联连接的第三电容C_2a和第四电容C_2b，以及四个全控器件MOSFET开关管S_1a、S_1b、S_2a、S_2b；