[发明专利]一种单电源驱动的多电平双逆变器拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明公开一种单电源驱动的多电平双逆变器拓扑结构，所述拓扑结构包括第一电压源变换器、第二电压源变换器、非隔离DC‑DC变换器和高频共模滤波器，所述拓扑结构的电路连接方式为：输入电源接到第一电压源变换器的直流母线上，输入电源接到非隔离DC‑DC变换器的输入，非隔离DC‑DC变换器的输出接到第二电压源变换器的直流母线上，第一电压源变换器的交流输出和第二电压源变换器的交流输出共同为无中性点三相负载供电。本发明拓扑结构仅需非隔离的DC‑DC变换器即可实现与独立电源双逆变器相同的控制性能，减少了功率器件的数量和损耗，降低了系统成本、提高了运行效率；具有较高的技术竞争力、具有较大的实用价值，且将促进双逆变器多电平变换器的应用与发展。

技术领域

本发明涉及一种双逆变器，具体是一种单电源驱动的多电平双逆变器拓扑结构及其控制方法。

背景技术

相对于传统飞跨电容型、中点钳位型等多电平逆变器拓扑，双逆变器拓扑只需改变直流母线电压比值即可产生三电平、四电平、五电平等多电平输出电压，需要的器件数量少、冗余性更强，在电机驱动和新能源并网发电领域得到了广泛关注。传统的双逆变器系统要求两个独立的直流电源，否则会由于系统存在零序回路而产生零序电流，进一步导致负载电流畸变、系统损耗增加。

然而，出于减少系统配电复杂性的考虑，实际系统一般仅配置单电源。因此实际的双逆变器需自行产生第二个独立的直流电源，这一般通过隔离的DC-DC变换器实现。隔离的DC-DC变换器可以获得最优的双逆变器系统控制性能，但所需要的器件数量多、成本高，且损耗较大、效率较低。为此，有学者提出了电容悬浮的混合电源双逆变器方案，即第二逆变器的直流母线仅由大容量储能电容支撑。该方案无需单独的第二个直流母线电源，成本较低、效率较高。但由于第二逆变器的直流母线电容需保持充/放电平衡，第二逆变器仅能控制交流侧的无功分量，有功支撑能力有限，降低了双逆变器的运行性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单电源驱动的多电平双逆变器拓扑结构及其控制方法，在保持独立电源双逆变器控制性能的基础上，减少所需要的器件数量以及损耗，降低了系统成本、提高了运行效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种单电源驱动的多电平双逆变器拓扑结构，所述拓扑结构包括第一电压源变换器、第二电压源变换器、非隔离DC-DC变换器和高频共模滤波器，所述拓扑结构的电路连接方式为：输入电源接到第一电压源变换器的直流母线上，输入电源接到非隔离DC-DC变换器的输入，非隔离DC-DC变换器的输出接到第二电压源变换器的直流母线上，第一电压源变换器的交流输出和第二电压源变换器的交流输出共同为无中性点三相负载供电；

所述拓扑结构通过控制使其满足如下约束关系：

进一步的，所述拓扑结构中非隔离DC-DC变换器具有的有效开关状态个数为三个及以上。

进一步的，所述第一电压源变换器和第二电压源变换器均为典型的两电平、三电平、五电平电压源变换器。

进一步的，所述高频共模滤波器位于第一电压源变换器的直流母线侧、第二电压源变换器的直流母线侧、第一电压源变换器的交流输出侧、第二电压源变换器的交流输出侧、非隔离DC-DC变换器的输入侧或输出侧。

进一步的，所述为第一电压源变换器的三相交流输出相对于第一电压源变换器直流母线负端的共模电压的低频分量，为第二电压源变换器的三相交流输出相对于第二电压源变换器直流母线负端的共模电压的低频分量，为非隔离DC-DC变换器输出负端相对于输入负端的电压的低频分量。

一种单电源驱动的多电平双逆变器拓扑结构的控制方法，所述拓扑结构的控制方法包括以下步骤：

S1:设定第二电压源变换器直流母线电压参考值为U_dc2^*；