[发明专利]一种四阶电压型逆变器的拓扑电路及其控制方法

权利要求书

1.一种四阶电压型逆变器的拓扑电路，包括由输入端至输出端依次连接的输入电路、逆变电路和输出电路；

其特征在于，所述的输入电路包括第一开关器件Q5、第二开关器件Q6、第一二极管D5、第二二极管D6、第一电感L3、第二电感L4和第一电容C3；

第一开关器件Q5的发射极与直流输入负端连接，集电极分成两路，一路串联第一电感L3后连接至直流输入正端，另一路串联第一二极管D5后为输入电路的负极输出端；第二开关器件Q6的发射极与直流输入负端连接，集电极分成两路，一路串联第二电感L4后连接至直流输入正端，另一路串联第二二极管D6后同为输入电路的负极输出端；直流输入正端直接为输入电路的正极输出端；

第一电容C3连接在输入电路的正极输出端与输入电路的负极输出端之间。

2.根据权利要求1所述的一种四阶电压型逆变器的拓扑电路，其特征在于，所述的逆变电路为由第三开关器件Q1、第四开关器件Q2、第五开关器件Q3、第三开关器件Q4构成的桥式逆变电路。

3.根据权利要求1所述的一种四阶电压型逆变器的拓扑电路，其特征在于，所述的输出电路由多个依次连接的LC电路构成。

4.根据权利要求1所述的一种四阶电压型逆变器的拓扑电路，其特征在于，所述的第一开关器件Q5、第二开关器件Q6为全控或半控型开关器件中的一种，包括晶闸管、场效应管以及IGBT。

5.一种四阶电压型逆变器的控制方法，其特征在于，包括如下：

步骤1：设系统的状态空间表达式为

式中，A为状态矩阵，B为输入矩阵。

步骤2：取状态向量：

x^T＝[i_C1 v_C1 i₂ v_C2]

式中，i_C1为流过电容C₁的电流；v_C1为电容C₁两端的电压；i₂为流过第二电容和第二电感的电流；v_C2为电容C₂两端的电压。

步骤3：由基尔霍夫电压定律(KVL)及电流定律(KCL)，可得：

i₁＝i_C1+i₂

式中，i₁为流过第一电容和第一电感的电流。

联立上式得：

步骤4：又因为

式中，C₂为第二电容的容抗值。

因此，

又

可得

式中，L₂为第二电感的感抗值；R₂为第二电阻的阻值。

由得

式中，L₂为第二电感的感抗；R₂为第二电阻的阻值。

步骤5：由上述公式联立可得，

将U₁＝U_DC×u带入上式，综上得：

最后得系数矩阵及输入矩阵为：

步骤6：取电容电流i_C1，电感电流i₂，和电容电压V_C2作为输出变量，则输出方程为

步骤7：在控制电路中根据步骤6中的变量关系，将参数设为合理，即得到逆变电路的开关器件在PID控制方法下的控制值；

步骤8：通过对参数的不断修正，使得输出结果误差最小，且输出波形达到稳定正弦波，得到合理的PID控制。