混合钳位四电平NPC型逆变器及其电容电压平衡方法技术

技术编号：41334268 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-20 09:54

一种混合钳位四电平NPC型逆变器及其电容电压平衡方法，所述逆变器包括：两个外部电容C<subgt;1</subgt;、C<subgt;3</subgt;，一个内部电容C<subgt;2</subgt;，一个半桥模块以及三个NPC型桥臂，其中，C<subgt;1</subgt;、C<subgt;2</subgt;、C<subgt;3</subgt;依次串联连接；所述半桥模块跨接在所述内部电容两端；每个所述NPC型桥臂的第一端连接电容C<subgt;1</subgt;的正极，第二端连接电容C<subgt;3</subgt;的负极，第三端连接所述半桥模块的中点。电容电压平衡方法包括：采用虚拟三电平，以消除操作期间流过钳位点的中性电流；使用动态计算的倍增因子和占空比扰动，以在线调整电压矢量的占空比。本发明专利技术的优点在于：通过拓扑改进相较传统模型能够降低输出电压及电流总谐波失真。所应用的新型电容电压平衡算法能有效降低传统算法复杂度，促进中点电位平衡。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子，具体涉及一种混合钳位四电平npc型逆变器及其电容电压平衡方法。

技术介绍

1、逆变器作为直流发电机与电网（负载）直接连接的设备，在整个电力系统中起着至关重要的作用。随着工业的发展，市场对逆变器提出了更高的要求，如：提高输入直流母线电压等级以做大逆变器额定功率、提高输出端电压及电流的质量、降低逆变器整体开关损耗等一系列需求。此时，两电平逆变器已很难满足上述一系列高要求，正是在这样的背景下，催生了对多电平逆变器的研究。多电平逆变器相较于两电平逆变器有以下优势：①功率器件的数量有所增加，故多电平逆变器可使用额定值的较低开关管获得更高的电压；②输出电压电平数增加使电压和电流的总谐波失真（thd）大幅降低，提升逆变器整体效率；③同时还可以降低控制时的开关频率。

2、传统的三电平逆变器的输出电压和电流的总谐波失真仍有待降低，而五电平逆变器的控制策略又过于复杂。同时为了平衡中点电位，传统策略会外部平衡电路或复杂的算法，影响逆变器整体运行效率与响应速度。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。

2、本专利技术在传统的三电平npc型逆变器基础上通过增加一个电容及一个半桥模块来组成一个全新的混合钳位四电平npc型逆变器。所应用的新型电容电压平衡算法采用虚拟三电平来消除操作期间流过钳位点的中性电流，使用动态计算的倍增因子和占空比扰动来在线调整电压矢量的占空比。

3、根据本专利技术的一个方面，提供了一种混合钳位四电平npc型逆变器，包括：

4、两个外部电容c1、c3一个内部电容c2，一个半桥模块以及三个npc型桥臂，其中，c1、c2、c3依次串联连接；所述半桥模块跨接在所述内部电容两端；每个所述npc型桥臂的第一端连接电容c1的正极，第二端连接电容c3负极，第三端连接所述半桥模块的中点。

5、进一步地，所述半桥模块包括两个串联的开关管。

6、进一步地，每个所述npc型桥臂包括四个串联的开关管以及两个二极管。

7、进一步地，所述两个二极管中，第一个二极管的正极连接所述半桥模块的中点，负极连接第一连接点，所述第一连接点为所述四个串联的开关管中的第一个开关管和第二个开关管的连接点；第二个二极管的负极连接所述半桥模块的中点，正极连接第二连接点，所述第二连接点为所述四个串联的开关管中的第三个开关管和第四个开关管的连接点。

8、根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种根据所述混合钳位四电平npc型逆变器的电容电压平衡方法，包括：

9、采用虚拟三电平，消除操作期间流过钳位点的中性电流；

10、使用动态计算的倍增因子和占空比扰动，在线调整电压矢量的占空比。

11、进一步地，所述采用虚拟三电平，消除操作期间流过钳位点的中性电流，包括：

12、在所述混合钳位四电平npc型逆变器的空间矢量图中，为每个扇区创建5个虚拟矢量，所述虚拟矢量是通过在相同的持续时间内使用两个相邻的实际矢量来生成的；

13、将所述混合钳位四电平npc型逆变器的空间矢量图转换为等效三电平矢量图。

14、进一步地，通过闭环控制得到所述倍增因子。

15、进一步地，所述使用动态计算的倍增因子和占空比扰动，在线调整电压矢量的占空比，包括：

16、通过闭环比例积分调节器找出占空比扰动，调整虚拟矢量实际开关状态的占空比。

17、本专利技术的优点在于：通过拓扑改进相较传统模型能够降低输出电压及电流总谐波失真。所应用的新型电容电压平衡算法能有效降低传统算法复杂度，促进中点电位平衡。

18、与采用电容器电压平衡功能的其他方法（例如常用于三电平t型逆变器的虚拟矢量脉宽调制技术）相比，采用新型电容电压平衡算法的混合钳位四电平npc型逆变器能表现出更低的thd。与传统的三电平t型逆变器相比，新型拓扑在较高开关频率下也更加高效。与采用空间矢量脉宽调制技术的四电平多点钳位型逆变器相比，该拓扑不需要任何外部平衡电路来平衡直流母线电容电压，因此可以提高整体效率。并且相较于传统的中点钳位型逆变器，该电路拓扑只需要添加一个常见的半桥模块，经济且便捷。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种混合钳位四电平NPC型逆变器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种混合钳位四电平NPC型逆变器，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的一种混合钳位四电平NPC型逆变器，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种混合钳位四电平NPC型逆变器，其特征在于，

5.一种根据权利要求1-4任一项所述混合钳位四电平NPC型逆变器的电容电压平衡方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

【技术特征摘要】

1.一种混合钳位四电平npc型逆变器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种混合钳位四电平npc型逆变器，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的一种混合钳位四电平npc型逆变器，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种混合钳位四电平npc型逆变器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，龚铭祺，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：

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