共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法及系统，其中方法包括：基于目标电平数及功率器件最大承压统一性原则构建拓扑网络图，并基于所述拓扑网络图构建共直流侧电容型多电平变换器的拓扑矩阵表达模型；基于所述拓扑网络图中节点连接方式及矩阵约束条件对所述拓扑矩阵表达模型进行遍历，得到输出系数矩阵；基于输出系数矩阵约束条件对所述输出系数矩阵进行条件筛选，得到共直流侧电容型多电平变换器拓扑结构。本发明专利技术实现了针对共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法的创新性。创新性。创新性。

【技术实现步骤摘要】
共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法及系统。

技术介绍

[0002]多电平变换器在大功率电能变换领域应用广泛，其中共直流侧电容型多电平变换器直接用电容对直流母线进行分压，并且主电路没有其它悬浮电容，结构及控制简单，在中压领域应用非常广泛。目前对于多电平变换器的提出，一般通过几种方式：(1)通用拓扑结构推导，指从已有的通用型拓扑结构推导出新型多电平变换器拓扑结构，该方法仍需科研人员按照一定规律进行推演，具有一定的随机性(2)基本单元的模块化组合，是以基本的电平变换单元为基础，通过串并联或其他组合方式得到不同的多电平拓扑，此种方法虽能实现多种拓扑的构建，但是以几种基本结构构成，难以实现新的突破(3)依靠于实践经验构建新的拓扑，该种方法得到的拓扑具有随机性，难以形成更多新型拓扑。上述的多电平变换器拓扑推导方法都没有形成一般的数学化拓扑推导过程，多电平拓扑生成和推演机理尚不完备，因此针对共直流侧电容型多电平变换器拓扑推导生成需要进一步研究和开发，以提高拓扑的创新性，提高科研人员的工作效率，提出更多新型实用的拓扑。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例提供一种共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法及系统，用以解决目前针对共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成缺乏系统性的问题。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供一种共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法，包括：
[0005]基于目标电平数及功率器件最大承压统一性原则构建拓扑网络图，并基于所述拓扑网络图构建共直流侧电容型多电平变换器的拓扑矩阵表达模型；
[0006]基于所述拓扑网络图中节点连接方式及矩阵约束条件对所述拓扑矩阵表达模型进行遍历，得到输出系数矩阵；
[0007]基于输出系数矩阵约束条件对所述输出系数矩阵进行条件筛选，得到共直流侧电容型多电平变换器拓扑结构。
[0008]进一步地，所述拓扑网络图为输出n电平的共直流侧电容型多电平变换器所对应的具有n层节点的拓扑网络图；其中，第1层为直流母线电容，第2～n层为功率器件网络，n为大于2的正整数；
[0009]所述n层节点的拓扑网络图包括虚线、实线、正向箭头、反向箭头、输入节点、输出节点、中间节点和电平通路；
[0010]所述虚线表示连接两个节点的元件为二极管；
[0011]所述实线表示连接两个节点的元件为不带反并联二极管的开关管；
[0012]所述正向箭头表示从二极管阴极到阳极的指示方向；
[0013]所述反向箭头表示从二极管阳极到阴极的指示方向；
[0014]所述输入节点，表示输入直流源的节点，只连接有输出支路；
[0015]所述输出节点，表示输出交流侧的节点，只连接有输入支路；
[0016]所述中间节点，表示功率器件之间的节点，连接有输入支路和输出支路；
[0017]所述电平通路为所述输入节点和所述输出节点之间的通路。
[0018]进一步地，所述功率器件最大承压统一性原则包括：输出n电平的共直流侧电容型多电平变换器的直流侧有(n
‑
1)个电压源，输入直流源之间有n个节点，每条电平通路L
i
(i＝1,2,
…
n)有(n
‑
1)个功率器件；其中，所述(n
‑
1)个功率器件包括(n
‑
i)个反向二极管和(i
‑
1)个正向二极管；所述反向二极管为电流从输出节点到输入节点的二极管，所述正向二极管为电流从输入节点到输出节点的二极管；所述二极管包括独立二极管以及开关管的反并联二极管。
[0019]进一步地，所述共直流侧电容型多电平变换器的拓扑矩阵表达模型为(n
‑
1)层矩阵模型；
[0020]第一层矩阵模型：
[0021][0022]第二层矩阵模型：
[0023][0024]第(n
‑
1)层矩阵模型：
[0025][0026]所述拓扑矩阵表达模型包括(n
‑
1)个相邻层系数矩阵和(n
‑
2)个间隔层系数矩阵；
[0027]其中，相邻层系数矩阵为：
[0028][0029][0030]A
n
‑1＝[1 1]；
[0031]间隔层系数矩阵为：
[0032][0033][0034]基于所述拓扑矩阵表达模型得到输出矩阵模型：
[0035][0036]其中，Matrix[Output]为输出系数矩阵。
[0037]进一步地，所述拓扑网络图中节点连接方式满足如下条件：功率器件承受电压降；每个节点能量流动具有连续性和双向性；
[0038]其中，所述功率器件承受电压降包括：开关管承受正向电压，二极管承受反向电压；水平节点之间为双向承压功率器件，以承受正向和反向的电压；
[0039]所述每个节点能量流动具有连续性和双向性包括：最外侧桥臂采用开关管以保证最外侧桥臂电流的双向流动；输入节点或中间节点选择斜方相邻节点作为输出支路时，所述输入节点或中间节点同时具有电流流入箭头和电流流出箭头；所述输入节点或中间节点选择水平节点作为输出支路时，采用双向可控开关管以实现电流的双向流动。
[0040]进一步地，所述拓扑网络图中矩阵约束条件满足如下对应关系：
[0041]输入节点或中间节点选择斜方相邻节点作为输出支路时，相邻层连接通路的权值w可取为0、0.5或1；
[0042]最外侧桥臂采用开关管以保证最外侧桥臂电流的双向流动，连接通路的权值为1；
[0043]输入节点或中间节点选择水平节点作为输出支路时，间隔层连接通路的权值b可取为0或1。
[0044]进一步地，所述基于输出系数矩阵约束条件对所述输出系数矩阵进行条件筛选，包括可行性筛选、冗余筛选和/或特性优化筛选；
[0045]其中，所述可行性筛选为输出系数矩阵所有元素均大于等于1；
[0046]所述冗余筛选为筛选并删除中间节点没有输入支路的情况；
[0047]所述特性优化筛选包括无冗余通路筛选、对称型结构筛选和/或功率器件数量最少筛选。
[0048]第二方面，本专利技术实施例提供一种共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成系统，包括：
[0049]拓扑构建模块，用于基于目标电平数及功率器件最大承压统一性原则构建拓扑网络图，并基于所述拓扑网络图构建共直流侧电容型多电平变换器的拓扑矩阵表达模型；
[0050]拓扑遍历模块，用于基于所述拓扑网络图中节点连接方式及矩阵约束条件对所述拓扑矩阵表达模型进行遍历，得到输出系数矩阵；
[0051]拓扑筛选模块，用于基于输出系数矩阵约束条件对所述输出系数矩阵进行条件筛选，得到共直流侧电容型多电平变换器拓扑结构。
[0052]第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括存储器、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法，其特征在于，包括：基于目标电平数及功率器件最大承压统一性原则构建拓扑网络图，并基于所述拓扑网络图构建共直流侧电容型多电平变换器的拓扑矩阵表达模型；基于所述拓扑网络图中节点连接方式及矩阵约束条件对所述拓扑矩阵表达模型进行遍历，得到输出系数矩阵；基于输出系数矩阵约束条件对所述输出系数矩阵进行条件筛选，得到共直流侧电容型多电平变换器拓扑结构。2.根据权利要求1所述的共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法，其特征在于，所述拓扑网络图为输出n电平的共直流侧电容型多电平变换器所对应的具有n层节点的拓扑网络图；其中，第1层为直流母线电容，第2～n层为功率器件网络，n为大于2的正整数；所述n层节点的拓扑网络图包括虚线、实线、正向箭头、反向箭头、输入节点、输出节点、中间节点和电平通路；所述虚线表示连接两个节点的元件为二极管；所述实线表示连接两个节点的元件为不带反并联二极管的开关管；所述正向箭头表示从二极管阴极到阳极的指示方向；所述反向箭头表示从二极管阳极到阴极的指示方向；所述输入节点，表示输入直流源的节点，只连接有输出支路；所述输出节点，表示输出交流侧的节点，只连接有输入支路；所述中间节点，表示功率器件之间的节点，连接有输入支路和输出支路；所述电平通路为所述输入节点和所述输出节点之间的通路。3.根据权利要求1所述的共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法，其特征在于，所述功率器件最大承压统一性原则包括：输出n电平的共直流侧电容型多电平变换器的直流侧有(n
‑
1)个电压源，输入直流源之间有n个节点，每条电平通路L
i
(i＝1,2,
…
n)有(n
‑
1)个功率器件；其中，所述(n
‑
1)个功率器件包括(n
‑
i)个反向二极管和(i
‑
1)个正向二极管；所述反向二极管为电流从输出节点到输入节点的二极管，所述正向二极管为电流从输入节点到输出节点的二极管；所述二极管包括独立二极管以及开关管的反并联二极管。4.根据权利要求1所述的共直流侧电容型多电平变换器拓扑生成方法，其特征在于，所述共直流侧电容型多电平变换器的拓扑矩阵表达模型为(n
‑
1)层矩阵模型；第一层矩阵模型：第二层矩阵模型：
第(n
‑
1)层矩阵模型：所述拓扑矩阵表达模型包括(n
‑
1)个相邻层系数矩阵和(n
‑
2)个间隔层系数矩阵；其中，相邻层系数矩阵为：其中，相邻层系数矩阵为：A
n
...

【专利技术属性】
技术研发人员：原露恬，郑琼林，王琛琛，薛尧，杨晓峰，邵天骢，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：