[发明专利]多电平逆变器

说明书

一种控制多电平逆变器（2）的方法，其具有连接到控制逆变器的栅极驱动单元（6）的输入和连接到负载（3）的输出，所述多电平逆变器能够产生具有三调制电平或更多调制电平的PWM电压信号，逆变器由电源（4）供电并且包括至少一个中性点（NP），所述方法包括当代表中性点稳定性的一个或多个参数每个具有指示高中性点稳定性的第一范围内的数值时，以具有三调制电平或更多调制电平的标准调制模式运行多电平逆变器，并且当代表中性点稳定性的所述一个或多个参数每个具有指示低中性点稳定性的第二范围内的数值时，以两电平调制模式运行多电平逆变器，第一范围与第二范围相隔阈值。

技术领域

本发明涉及多电平电压源PWM(脉冲宽度调制)逆变器，并且尤其是用于适用于驱动高速电动机器(特别是用于移动应用)的3-电平逆变器。本发明还涉及一种包括用于控制电动机的逆变器的驱动器。

背景技术

多电平逆变器是一种使用直流电压输入产生交流电压信号输出的电力电子设备。在许多应用中都使用了两电平逆变器，来从直流电压生成交流电压。两电平逆变器为负载产生两个不同电压，例如如果直流电压+V_dc是输入，则两电平逆变器可在输出处提供变化的脉冲宽度的切换的+V_dc/2和–V_dc/2信号(相星(Phase to star))。尽管这种创建交流的方法是简单有效的，但是缺点之一是在输出电压中的谐波失真，并且与较高电平逆变器相比，还具有较高dv/dt。

三电平和更高电平逆变器(五、七等)能够生成具有较低dv/dt和较低谐波失真的更平滑的步进输出波形。

特别是，多电平(三或更高电平)逆变器允许大大减少逆变器引起的电机损耗，而无需外部正弦滤波器。尤其是在中负载和满负载时，多电平逆变器的相电流THD(总谐波失真)远低于同类的两电平逆变器。

但是，多电平逆变器需要额外的功率开关设备、额外的栅极控制硬件以及测量和控制两个或多个直流母线电压的需求。对不同直流母线电压的控制需要用于处理不同的PWM模式的额外的硬件或更复杂的软件。

然而，通过使用适当的PWM模式来平衡三电平或更高电平电压源逆变器中的中性点电压是一项复杂而艰巨的任务。可以从相电流极性信息中得出消除可能的中性点电势偏差所需的中性点电流(请参见“FPGA-based Control of Three-Level Inverters,PCIMEurope 2011年5月,Nuremberg Germany,Jens Onno Krah,MarkusAndreas Rath,Rolf Richter”[1]和“A comprehensive Study of Neutral-Point Voltage BalancingProblem in Three-Level Neutral-Point-Clamped Voltage Source PWM Inverters,IEEE Transactions on power electronics第15卷第2期2000年3月,Nikola Celanovic,Dushan Boroyevich”[2])。在[1]和[2]中所述的方法保证了中性点的完全可控性，但对功率因数cos(Φ)和输出频率有一些限制。然而，在低频和高相电流逆变器运行中出现了紧急情况。