[发明专利]一种H桥五电平有源中点钳位型逆变器及其调制策略

说明书

本发明公开了一种新型H桥五电平有源中点钳位型逆变器，包括三个单相H桥逆变器，每个单相H桥逆变器均由左桥臂和右桥臂组成，为每相负载双端供电；左右桥臂拓扑一致，每个桥臂均为5L‑ANPC拓扑结构，由13个开关器件和1个悬浮电容组成，所有桥臂的直流母线并联，且母线两端并联两个串联的分压电容器；调制策略采用一种改进型载波移相PWM算法，核心为通过合理控制与悬浮电容串联的开关器件的通断状态，确保5L‑ANPC逆变器的输出电压过零点处的不会出现多电平跳变。本发明从根本上解决了传统H桥5L‑ANPC逆变器在其开关状态切换时由死区效应导致的输出电压多电平越级跳变问题，降低了对输出滤波器和电机绝缘等级的要求，对实际工程应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电力电子多电平逆变器拓扑及调制领域，具体为一种新型H桥五电平有源中点钳位型（5L-ANPC）逆变器及其调制策略。

背景技术

随着多电平逆变器被广泛应用于高电压、大功率领域，人们对于逆变器的高功率因数、低开关损耗、低谐波含量的要求在不断提高，各种拓扑及其相关研究也在不断深入。有源中点钳位（ActiveNeutral-Point-Clamped,ANPC）多电平逆变器由于具有开关管和悬浮电容少，且其直流母线只有一个中点电位等优点，在光伏发电、大功率矿用提升机、风机、压缩机、传送带等领域得到了越来越广泛的应用。

ANPC拓扑中的悬浮电容电压控制可通过综合使用其冗余开关状态的方法实现，其中点电位的平衡也可通过注入适当零序电压的方法实现。目前，ANPC拓扑结构主要的问题是在考虑互补开关器件死区效应影响而出现的逆变器输出端多电平越级跳变问题。这除了对主拓扑吸收电路和输出滤波器的设计提出更高的要求外，也给电机的绝缘带来很大的压力。

所以解决这一问题将对变流器及电机的安全运行都非常重要，但是现有的研究文献均未涉及。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种新型H桥五电平有源中点钳位型逆变器的拓扑结构及其调制策略，彻底解决5L-ANPC逆变器在其开关状态切换时由死区效应导致的输出电压过零点处的多电平越级跳变问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种H桥五电平有源中点钳位型逆变器，包括三个单相H桥逆变器，每个单相H桥逆变器均由结构一致的左桥臂和右桥臂组成，每个桥臂均为五电平有源中点钳位型拓扑结构，所有桥臂的直流母线两端并联之后分别连接第一分压电容器Cd1和第二分压电容器Cd2，所述的第一分压电容器Cd1和第二分压电容器Cd2串联；

所述的五电平有源中点钳位型拓扑结构包括由开关器件S1和开关器件S2依次连接形成的第一支路，由开关器件S7、开关器件S8、开关器件S5和开关器件S6依次连接形成的第二支路，由开关器件S3、开关器件S4、开关器件S11和开关器件S12依次连接形成的第三支路，由开关器件S9和开关器件S10依次连接形成的第四支路，由第一分压电容Cd1和第二分压电容Cd2形成的第五支路以及由开关器件S13和悬浮电容Cf形成的第六支路，开关器件S1～S13上分别反向并联有二极管D1～D13；

所述的第一支路中开关器件S1的集电极与第一分压电容Cd1的正极相连接，开关器件S1的发射极与开关器件S2的集电极相连接，开关器件S2的发射极同时连接开关器件S5和开关器件S8的集电极；

所述的第二支路中开关器件S7的发射极同时连接第一分压电容Cd1的负极、第二分压电容Cd2的正极和开关器件S3的集电极，开关器件S7的集电极与开关器件S8的发射极相连接，开关器件S8的集电极同时连接开关器件S2的发射极和开关器件S5的集电极，开关器件S5的发射极同时连接开关器件S6的集电极和开关器件S13的发射极，开关器件S6的发射极与S12的集电极相连接；