[发明专利]一种单相和三相多电平变换器及控制方法

说明书

本发明公开了一种单相和三相多电平变换器及控制方法，单相多电平变换器在没有增加辅助开关S_p(辅助开关闭合)时，可以输出三电平I_d、0、‑I_d，在增加了辅助开关S_p(辅助开关断开)后，同时可以输出五电平2I_d、I_d、0、‑I_d、‑2I_d，该单相多电平变换器在增加了一个开关管，即可增加输出电平数；三相多电平变换器在没有增加辅助开关S_p(辅助开关闭合)时，可以输出三电平I_d、0、‑I_d，在增加了辅助开关S_p(辅助开关断开)后，同时可以输出五电平2I_d、I_d、0、‑I_d、‑2I_d，该三相多电平变换器只增加了一个开关管，即可增加输出电平数；本发明实现单电源且少量开关情况下有效增加输出电平数，降低了电源数量和开关数量，降低了经济成本。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其是一种单相和三相多电平变换器及控制方法。

背景技术

多电平变换器作为发电产业链末端的核心组件,随着电压等级的提高,对其性能也有了更高的要求。由于开关器件的电压应力限制,常用的三电平电流源变换器拓扑已经不能满足更高的电压等级。多电平变换器以其对开关器件的功率等级要求低、输出电压波形质量高、电磁干扰小等优势成为了学术界的研究热点。然而,随着电平数量的提升,使用的开关器件数量也会随之增加。从而开关器件的驱动电路也会随之增加,调制策略也会更加复杂,增加了开关损耗，也降低系统的可靠性。因此，亟需一种单电源且少量开关情况下有效增加输出电平数的多电平变换器及其控制方法。Xiaoqiang Guo 2017年在IEEETransactions on Circuits And Systems发表文章A Novel CH5 Inverter for Single-Phase Transformerless Photovoltaic System Applications针对传统电流源逆变器漏电流消除问题，提出了一种新型电流源逆变器拓扑结构，通过增加一个IGBT并使用新的空间矢量调制方式可以实现高频共模电压抑制，从而解决漏电流问题。虽然高频共模电压和漏电流得到抑制，改善了电路特性，但电路依旧只输出三电平，增加开关管并没有增加输出电平数，实用性不足。Suroso and Toshihiko Noguchi 2012年在IEEE Transactions onPower Electronics发表文章Multilevel Current Waveform Generation UsingInductor Cells and H-Bridge Current-Source Inverter提出了一种利用电感单元作为辅助电路的新型的单相多电平逆变器拓扑结构，通过增加开关管的方式提高了输出电平数，但是该方法需要额外增加多个直流电源，成本较高。Feng Gao等人2010年在IEEETransactions on Industrial Electronics发表文章Five-Level Current-SourceInverters With Buck–Boost and Inductive-Current Balancing Capabilities提出了一种具有电压/电流buck-boost能力的新型五电平电流源逆变器，在这种新型拓扑结构中不需要增加额外的直流电源，但该逆变器开关器件数量较多，成本较高，实现较复杂。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种单相和三相多电平变换器及控制方法，实现单电源且少量开关情况下有效增加输出电平数，降低了电源数量和开关数量，降低了经济成本。