[发明专利]一种半桥级联型多电平逆变电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种半桥级联型多电平逆变电路及控制方法，所述逆变电路是一种由基础子模块构成的新型多电平逆变电路拓扑结构，所述基础子模块包括第一基础子模块、第二基础子模块和第三基础子模块三种。通过将第一基础子模块、第二基础子模块和第三基础子模块进行配置组合，使其在不增加额外直流电源的基础上构成不同的多电平拓扑结构。所述半桥级联型多电平逆变电路不仅可自由输出多电平，并且在逆变电路扩展至M(M≥1)相N(N≥2)电平时，仅需N‑1个钳位电容和一个独立直流源，无需增添其他器件，器件使用数量少，电路结构简单，有效降低了硬件成本。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种半桥级联型多电平逆变电路及控制方法，可应用于高中低压逆变器、直流输变电、高中低压交流变频传动、特种逆变电源、UPS装置和储能装置等领域。

背景技术

级联型多电平逆变电路有多个电平输出，与传统的两电平逆变电路相比具有输出电压等级高、波形质量好、电压变化率（dv/dt）小以及电磁干扰（ElectromagneticInterference，简称EMI）小等诸多优点。近年来，级联型多电平逆变电路已在风电、光伏发电、高压逆变等场合广泛应用。多电平逆变电路的拓扑结构主要包括二极管钳位型、飞跨电容钳位型和级联型三种。由于传统的二极管钳位型多电平逆变电路受当前开关器件电压等级的限制，无法输出更高的电压（6～10kV）。为了提高输出电压等级，必须提高电平的数量，如此又存在母线电容电压难以平衡的问题，需要增加额外的硬件钳位电路，如采用多绕组变压器分别对各级母线电容进行钳位等。电容钳位型多电平逆变电路虽然可以实现任意电平输出和所有电容的电压平衡控制，但需要使用数目众多的钳位电容。大量电容的引入不仅增加了系统的成本和体积，而且频繁地充放电使得电容的寿命大大缩短，严重影响整个系统的可靠性。

而级联型多电平逆变电路不存在前两者的输入电容均压或飞跨电容电压控制问题，且结构简单，常采用 H 桥级联的方式实现，易于模块化设计，因此在中高压大功率场合中一直备受青睐。

发明内容

文献1[A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self VoltageBalancing]提出了一种广义多电平逆变电路。该逆变电路在实现多电平输出的同时可通过算法自动平衡输出路径上各电容的电压且其模块化的连接方式便于电平拓展。但当逆变电路扩展至M相、N电平时，该电路结构及其衍生拓扑则需要[(N-1)×(N-2)×M]/2+N-1个钳位电容或钳位二极管，器件较多，极大地增加了硬件成本。

文献2[a non conventional power converter for plasma stabilization]提出了一种经典的级联型多电平逆变电路。它采用多个低压逆变单元输出级联的方式实现高压输出，输出谐波小且其模块化的设计易于多电平扩展。但该逆变电路容量扩展到M相N（N≥2）电平时需要(N-1)×M/2个独立直流源，直流源使用量大，硬件成本高。

有鉴于此，本发明提出了一种半桥级联型多电平逆变电路，本发明的目的在于提出一种由基础子模块构成的新型多电平逆变电路拓扑结构，所述的基础子模块包括第一基础子模块、第二基础子模块和第三基础子模块三种。通过将三种所述基础子模块进行配置组合，使其在不增加额外直流电源的基础上构成不同的多电平拓扑结构。更优地，所述的半桥级联型多电平逆变电路不仅可自由输出多电平，并且在逆变电路扩展至M相N（N≥2）电平时，仅需N-1个钳位电容和一个独立直流源，无需增添其他器件，器件使用数量少，电路结构简单，有效降低了硬件成本。