[发明专利]一种分裂电容功率单元多电平变换器的调制方法

说明书

本发明公开了一种分裂电容功率单元多电平变换器及其调制策略，所示变换器包括首模块前级、N个发电/储能模块、N‑1个分裂发电/储能功率模块、首模块后级、滤波电感L及电网电压源v_g；所述首模块前级的一端与发电/储能模块连接，N个发电/储能模块与N‑1个分裂发电/储能功率模块依次间隔连接，发电/储能模块与首模块后级的一端连接，首模块后级的另一端端子b与电网电压源v_g的一端连接，电网电压源v_g的另一端与滤波电感L的一端连接，滤波电感L的另一端与首模块前级另一端端子a连接。本发明不仅实现了多电平输出，而且实现了发电/储能单元的功率不匹配运行与减少了直流电压传感器的使用。

技术领域

本发明属于多电平电力电子变换器及其控制领域，具体为一种分裂电容功率单元多电平变换器及其调制方法。

背景技术

在大功率电池储能系统，大容量电机驱动，大规模光伏发电系统等场合，级联H桥及类似的级联模块化多电平变换器的应用越来越广泛。多电平变换器的高电能输出质量不仅能避免了并网应用中的笨重输出滤波器，而且能减小电机驱动系统中的转矩脉动和绝缘应力。相比于传统的两电平或三电平变换器，模块化结构易于变换器输出电平扩展，从而无需笨重的工频变压器即可连接至中高压电网，是中高压场合大功率变换器的理想结构之一。

模块级联的结构将发电单元如光伏电池板或储能单元如锂电池等分配到每个模块，形成的统一物理模块可以灵活控制发电/储能模块，具有完美的电能输出质量与改善的容错性。尽管优点很多，但是每个发电/储能模块的性能不一致，例如光伏电池板的最大功率受光照影响而出现失配，锂电池的充/放电功率受到温度的影响而出现很大差别等，如何实现每个发电/储能模块性能的最大化是级联H桥等级联模块化多电平变换器应用于分布式发电/储能场合时所面临的主要问题之一。

除此之外，随着参与级联的模块数目增多，要使用的元器件如半导体开关管、传感器等数目将成倍增加。如何有效控制数目庞大的开关管的开关损耗将是这类多电平变换器改进方向之一。传感器故障是这类多模块变换器的主要故障之一，如何减少传感器数目是这类模块化变换器的另一个可改进之处。

发明内容

本发明的目的在于提供了分裂发电/储能功率模块多电平变换器拓扑结构及其低损耗调制方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种分裂电容功率单元多电平变换器，包括首模块前级、N个发电/储能模块、N-1个分裂发电/储能功率模块、首模块后级、滤波电感L及电网电压源v_g；

所述首模块前级的一端与发电/储能模块连接，N个发电/储能模块与N-1个分裂发电/储能功率模块依次间隔连接，发电/储能模块与首模块后级的一端连接，首模块后级的另一端端子b与电网电压源v_g的一端连接，电网电压源v_g的另一端与滤波电感L的一端连接，滤波电感L的另一端与首模块前级另一端端子a连接。

本发明还提出了一种分裂电容功率单元多电平变换器的调制方法，包括：

h₁：将首模块与分裂发电/储能功率模块进行统一编号，新编号为1,2,...,N-1,N；在运行区间I或运行区间III，新编号小于或等于桥臂期望电压脉冲形式v_pwm的模块采用贡献电平为1的开关模式，新编号大于桥臂期望电压脉冲形式v_pwm的模块采用贡献电平为0的开关模式；在运行区间II或运行区间IV，新编号小于或等于桥臂期望电压脉冲形式v_pwm绝对值的模块采用贡献电平为-1的开关模式，新编号大于桥臂期望电压脉冲形式v_pwm绝对值的模块采用贡献电平为0的开关模式，其中，区间I：区间II：区间III：和区间IV：为电压调制波信号，为并网电流指令信号；