[发明专利]三角形多电平变换器及其控制方法

说明书

本申请提出一种三角形多电平变换器及其控制方法，涉及多电平变换器技术领域，其中，包括：直流母线为n个直流电容串联构成三角形的垂直边，n个开关管串联构成三角形的斜边，在每一层对应的直流母线中性点和斜边开关管连接点之间串联一个开关管形成一条水平边，每增加一层可增加一个电平，只需增加一个直流电容和2个开关管，若每个电容电压为E，则交流输出端X_n可输出0，E，2E，……，nE共n+1个电平，若将所有水平边的开关管只保留其反并联二极管，该三角形多电平变换器还可以继续简化为三角形多电平降压电路或三角形多电平升压电路。该电路使用开关器件少，不使用任何悬浮电容，可提高系统效率，降低成本。

技术领域

本申请涉及多电平变换器技术领域，尤其涉及一种三角形多电平变换器及其控制方法。

背景技术

多电平逆变器自1981年提出以来，在学术界和工业界得到广泛的关注和应用。其中已经产品化的拓扑包括二极管箝位三电平逆变器、H桥级联型多电平逆变器以及模块化多电平逆变器等。H桥级联型多电平逆变器需要大量的独立电源，通常采用一个多绕组移相变压器，不仅体积大，成本也很高。模块化多电平逆变器在柔性直流输电领域应用广泛，但其主要缺点也是悬浮电容数量多，体积大，成本高。二极管箝位型三电平逆变器由于不需要悬浮电容和单一直流电源供电，使用开关器件数量少，结构紧凑，在所有拓扑中功率密度最高。但当扩展到更多电平时，二极管箝位型拓扑存在二极管数量急剧增多的问题，增加了系统体积和成本，同时输出回路中大量的开关管也造成系统通态损耗较大。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种三角形多电平变换器，使用器件数量少，不需要使用悬浮电容，大幅减小了系统的体积和重量，提高了效率并降低了成本。

本申请的第二个目的在于提出一种三角形多电平变换器的控制方法。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种三角形多电平变换器，包括：

以一个两电平半桥电路为第1层，半桥电路的电容(C1)为三角形的垂直边；第一开关管(S1)为斜边，第二开关管(S1')为水平边，交流输出端为X1；

在所述三角形的垂直边上串联一个直流电容(C2)，所述直流电容(C2)与电容(C1)相连；

在所述三角形的斜边上串联一个第三开关管(S2)，所述第三开关管(S2)与所述第一开关管(S1)相连；第四开关管(S2')连接所述直流电容(C2)与所述第三开关管(S2)形成一条新水平边，所述第四开关管(S2')与所述直流电容(C2)相连，所述第四开关管(S2')与所述第三开关管(S2)相连并作为新的交流输出端X2；

重复上述过程，生成n层电路结构，直流母线为n个直流电容串联，若每个电容电压为E，则输出端Xn可输出0，E，2E，……，nE共n+1个电平。

在本申请的一个实施例中，所述三角形为正三角形；

在所述正三角形的垂直边往下串联所述直流电容(C2)，所述直流电容(C2)的正极与所述电容(C1)的负极相连；；

在所述正三角形的斜边往下串联所述第三开关管(S2)，所述第三开关管(S2)的集电极与所述第一开关管(S1)的发射极相连，所述第四开关管(S2')连接所述直流电容(C2)的负极与所述第三开关管(S2)的发射极形成一条新的水平边，所述第四开关管(S2')的发射极与所述直流电容(C2)的负极相连，所述第四开关管(S2')的集电极与所述第三开关管(S2)的发射极相连并作为所述X2。

在本申请的一个实施例中，所述三角形为倒三角形；

在所述正三角形的垂直边往上串联所述直流电容(C2)，所述直流电容(C2)的负极与所述电容(C1)的正极相连；