[发明专利]一种九电平逆变器

说明书

本发明专利涉及一种九电平逆变器，该逆变器包括两个开关二极管电源单元组和一个双桥对称开关组构成。其中开关二极管电源单元组由两个直流电源、一个单向功率开关管和两个不可控二极管构成，双桥对称开关组由两个单向功率开关管、四个双向功率开关管和十个不可控二极管构成。本发明九电平逆变器具有十七种主要开关状态，可以输出4E、3E、2E、E、0、‑E、‑2E、‑3E、‑4E九种电压电平。本发明的九电平逆变器，利用开关二极管电源单元，只需要增加一个开关，就可以在输出电压上增加两个电平，与传统结构的九电平逆变器相比，大幅减小了功率开关器件的数量以及装置的复杂性，有效降低了逆变器的制造和维护成本，同时提高了逆变器的效率和系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换领域，尤其涉及一种九电平逆变器。

背景技术

当前，多电平逆变器已经成为电力电子功率变换领域备受关注的重要研究热点，广泛应用于中、高压调速领域和柔性交流输电系统中。它具有以下优点：输出电压的总谐波失真随着电平数的增加显著减小；输出相同质量电压波形的条件下，开关损耗小、开关频率较低；与两电平变流器相比，在相的电压等级下，du/dt明显减小，在高压大容量电机驱动中，可有效防止电机转子绕阻绝缘击穿，同时改善装置的电磁干扰特性。

目前主要的多电平逆变器包括二极管嵌位式多电平逆变器、飞跨电容嵌位式多电平逆变器和级联H桥式多电平逆变器。当需要实现较高的电压等级和电平数目时，二极管嵌位式多电平逆变器和飞跨电容嵌位式多电平逆变器所需的嵌位二极管器件或者嵌位电容器件数目将急剧增加，并且存在电容电压平衡控制困难的问题。而级联H桥式多电平逆变器比较容易实现较大的电平数目和电压等级。但是随着电压等级的增加，级联H桥式多电平逆变器级联的单元数目也会增加，开关器件数量随之增加。例如，传统级联H桥九电平逆变器，在实现输出九电平电压时就需要十六个功率开关管。因此，如何通过较少的开关器件数目得到更多电平数目和更高的电压等级一直成为在多电平逆变器研究领域中的热点。

随着风能发电、光伏发电等新能源发电技术的不断发展和统一潮流控制器（UPFC）、电力有源滤波器等电力设备在电力系统中的不断需求，高效率和高质量输出波形的逆变器越来越被重视，因此运用一种开关二极管电源单元的九电平逆变器便应运而生。

发明内容

本发明的目的是，针对传统多电平逆变器的缺点，提出一种九电平逆变器，在相同输出电压等级下减少开关器件数目、提高逆变器效率、简化逆变器的结构、节省系统成本。

实现本发明的技术方案如下：一种九电平逆变器由两个开关二极管电源单元组和一个双桥对称开关组构成；两个开关二极管电源单元组上下顺序并联于双桥对称开关组。

本发明的两个开关二极管电源单元组，即第一个开关二极管电源单元组和第二个开关二极管电源单元组结构相同，都由两个直流电源、一个单向功率开关管和两个不可控二极管构成。

本发明的第一个开关二极管电源单元组由第一直流电源、第三直流电源、第七开关管、第七二极管和第九二极管构成；所述第九二极管的阳极、第三直流电源负极和第一直流电源正极相连于第七节点；所述第七二极管的阴极、第七开关管的集电极和第三直流电源正极相连于第九节点。

本发明的第七二极管的阳极与第七开关管的发射极相连，第七二极管的阴极与第七开关管集电极相连。