一种多电平逆变器、系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多电平逆变器、系统及控制方法，包括：直流电源、开关电容网络、T型逆变桥、滤波回路；其中，所述直流电源的输出端与所述开关电容网络的输入端电气连接，所述开关电容网络的输出端与所述T型逆变桥的输入端电气连接，所述T型逆变桥的输出端与所述滤波回路的输入端电气连接，所述滤波回路的输出端用于连接负载，所述开关电容网络的控制端、所述T型逆变桥的控制端用于连接控制装置。旨在提高现有技术的逆变器变换效率低、输出电压不易向更多电平扩展和输入源个数过多的问题。

A multilevel inverter, system and control method

【技术实现步骤摘要】
一种多电平逆变器、系统及控制方法
本专利技术涉及逆变领域，特别涉及一种多电平逆变器、系统及控制方法。
技术介绍
多电平逆变器输出电平数多，电压变化率低，具有谐波含量低、电磁干扰小、输出滤波器体积小等优点，在新能源发电领域具有广泛的应用前景。级联型多电平逆变器没有复杂的电容电压控制策略，并且结构简单，更适合用于输出电平数较多的场合。现有的级联型多电平逆变器按输入源数目可以分为两类。一类是多输入源级联型逆变器如图1所示，其通过增加输入源的数量来增加输出电平数；另一类是单输入源级联型逆变器如图2所示，其借助储能电容形成开关电容网络来实现输出电平的组合。传统的多输入源级联型逆变器是由n个H桥模块将交流输出侧串联构成，每项输出电压电压为各个模块输出的叠加。其所需要的功率开关管数量较少，更适合用于光伏等新能源发电场所。基于开关电容的级联型逆变器是由开关电容电路和传统的H型全桥逆变器组合而成。其中，开关电容单元是由二极管Di、功率开关管Si和储能电容Ci组合而成。多输入源级联型逆变器开关管数量少、输出谐波含量低、电平数可自由组合，但所需输入源个数过多，限制了其应用场合；现有的单输入源级联型多电平逆变器只需一个输入源就能实现不同的输出电平，但存在变换效率过低、功率开关管数量过多的问题，且输出电压不易向更多电平扩展。
技术实现思路
本专利技术公开了一种多电平逆变器、系统及控制方法，旨在提高现有技术的逆变器变换效率低、输出电压不易向更多电平扩展和输入源个数过多的问题。本专利技术是这样实现的：本专利技术第一实施例提供了一种多电平逆变器，包括：直流电源、开关电容网络、T型逆变桥、滤波回路；其中，所述直流电源的输出端与所述开关电容网络的输入端电气连接，所述开关电容网络的输出端与所述T型逆变桥的输入端电气连接，所述T型逆变桥的输出端与所述滤波回路的输入端电气连接，所述滤波回路的输出端用于连接负载，所述开关电容网络的控制端、所述T型逆变桥的控制端用于连接控制装置。优选地，所述开关电容网络由多个开关电容单元串联而成，所述开关电容单元包括：功率开关管、储能电容、母线二极管，第一非母线二极管；所述母线二极管的阳极与所述功率开关管的集电极电气连接，所述母线二极管的阴极与所述储能电容的第一端电气连接，所述功率开关管的发射极、所述储能电容的第二端与所述第一非母线二极管的阳极电气连接，第一所述开关电容单元的母线二极管的阳极与所述直流电源的正极电气连接，最后一个所述开关电容单元还包括第二非母线二极管，最后一个所述开关电容单元的第一非母线二极管、第二非母线二极管与所述T型逆变桥电气连接、母线二极管与所述T型逆变桥的输入端电气连接。优选地，所述T型逆变桥包括第一桥臂及第二桥臂；所述第一桥臂、所述第二桥臂的正极输入端与所述开关电容网络的输出端电气连接，所述第一桥臂、所述第二桥臂的负极输入端与所述直流电源的负极电气连接，所述第一桥臂及所述第二桥臂的输出端与所述滤波回路的输入端电气连接。优选地，所述第一桥臂包括：第一IGBT管、第三IGBT管、第五IGBT管，所述第二桥臂包括：第二IGBT管、第四IGBT管、第六IGBT管；其中，所述第一IGBT管的集电极、所述第二IGBT管的集电极与最后一个所述开关电容单元的母线二极管的阴极电气连接，所述第一IGBT管的发射极与所述第五IGBT管的发射极及所述第三IGBT管的集电极电气连接，所述第二效应管的发射极与所述第六IGBT管的发射极及所述第四IGBT管的集电极电气连接，所述第五IGBT管的集电极与最后一个所述开关电容单元的第一母线二级管的阴极电气连接，所述第六IGBT管的集电极与所述第二非母线二极管的阴极电气连接，所述第三IGBT管的发射极、所述第四IGBT管的发射极与所述直流电源的负极电气连接。优选地，滤波回路包括滤波电感、滤波电容；其中，所述滤波电感的第一端与所述滤波电容的第一端电气连接，所述滤波电容的第二端与所述第六IGBT管的发射极电气连接，所述滤波电感的第二端与所述第五IGBT管的发射极电气连接。本专利技术第二实施例提供了一种系统，包括控制装置以及如上任意一项所述的一种多电平逆变器，其中，所述控制装置的输出端与所述开关电容网络的控制端、所述T型逆变桥的控制端电气连接。本专利技术第三实施例提供了一种如上所述的控制方法，包括:获取输入电压，通过比较所述输入电压与基准正弦信号，判断母线电压是否满足逆变要求，并生成电压前馈信号；当不满足逆变要求时，输出动作信号至所述开关电容网络的控制端，提升所述开关电容网络的母线电压；获取电压反馈信号，并结合所述电压前馈信号生成调制信号；将所述调制信号与三角载波信号进行比较，生成T型逆变桥的驱动信号。优选地，所述获取电压反馈信号，并结合所述电压前馈信号生成调制信号，具体为：获取输出电压采样信号，获取输出电压采样信号与所述基准正弦信号的比较结果，将所述比较结果输出值PI调节器，生成电压反馈信号，将所述电压反馈信号与所述电压前馈信号求和产生调制信号。基于本专利技术提供的一种多电平逆变器、系统及控制方法，通过控制装置读取逆变器的输入电压，将输入电压与基准正弦信号进行比较，判断开关电容网络上的母线电压是否满足逆变需求，当不满足逆变要求时，控制装置输出动作信号至开关电容网络的控制端，使得所述开关电容网络动作，抬升母线电压，使得其满足逆变要求，获取电压反馈信号，并将电压反馈信号处理后生成T型桥逆变桥的驱动信号，驱动成T型桥逆变桥进行逆变工作，经过滤波回路后输出至负载。有效的改善了现有技术的逆变器变换效率低、输出电压不易向更多电平扩展和输入源个数过多的问题。附图说明图1是传统的多输入源级联型多电平逆变器；图2是开关电容的级联型逆变器；图3是本专利技术实施例提供的一种多电平逆变器的电路结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种多电平逆变器的控制策略示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种多电平逆变器的控制波形图；图6是本专利技术实施例提供的一种多电平逆变器在图5中阶段一[t0-t1,t4-t5]区间等效电路；图7是本专利技术实施例提供的一种多电平逆变器在图5中阶段二[t1-t2,t3-t4]区间等效电路；图8是本专利技术实施例提供的一种多电平逆变器在图5中阶段三[t2-t3]区间等效电路。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电平逆变器，其特征在于，包括：直流电源、开关电容网络、T型逆变桥、滤波回路；/n其中，所述直流电源的输出端与所述开关电容网络的输入端电气连接，所述开关电容网络的输出端与所述T型逆变桥的输入端电气连接，所述T型逆变桥的输出端与所述滤波回路的输入端电气连接，所述滤波回路的输出端用于连接负载，所述开关电容网络的控制端、所述T型逆变桥的控制端用于连接控制装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种多电平逆变器，其特征在于，包括：直流电源、开关电容网络、T型逆变桥、滤波回路；
其中，所述直流电源的输出端与所述开关电容网络的输入端电气连接，所述开关电容网络的输出端与所述T型逆变桥的输入端电气连接，所述T型逆变桥的输出端与所述滤波回路的输入端电气连接，所述滤波回路的输出端用于连接负载，所述开关电容网络的控制端、所述T型逆变桥的控制端用于连接控制装置。


2.根据权利要求1所述的一种多电平逆变器，其特征在于，所述开关电容网络由多个开关电容单元串联而成，所述开关电容单元包括：功率开关管、储能电容、母线二极管，第一非母线二极管；
所述母线二极管的阳极与所述功率开关管的集电极电气连接，所述母线二极管的阴极与所述储能电容的第一端电气连接，所述功率开关管的发射极、所述储能电容的第二端与所述第一非母线二极管的阳极电气连接，第一所述开关电容单元的母线二极管的阳极与所述直流电源的正极电气连接，最后一个所述开关电容单元还包括第二非母线二极管，最后一个所述开关电容单元的第一非母线二极管、第二非母线二极管与所述T型逆变桥电气连接、母线二极管与所述T型逆变桥的输入端电气连接。


3.根据权利要求2所述的一种多电平逆变器，其特征在于，所述T型逆变桥包括第一桥臂及第二桥臂；
所述第一桥臂、所述第二桥臂的正极输入端与所述开关电容网络的输出端电气连接，所述第一桥臂、所述第二桥臂的负极输入端与所述直流电源的负极电气连接，所述第一桥臂及所述第二桥臂的输出端与所述滤波回路的输入端电气连接。


4.根据权利要求3所述的一种多电平逆变器，其特征在于，所述第一桥臂包括：第一IGBT管、第三IGBT管、第五IGBT管，所述第二桥臂包括：第二IGBT管、第四IGBT管、第六IGBT管；
其中，所述第一IGBT管的集电极、所述第二IGBT管的集电极与最后一个所述开关电容单元的母线二极管的阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾汉超，彭民，郑雪钦，张达敏，张强，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建;35