專利名稱：：混合級聯(lián)多電平變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及變換器
技術(shù)領(lǐng)域：
，且特別涉及一種多電平變換器。通過把不對稱的多電平變換器和H橋式變換器級聯(lián)構(gòu)成混合級聯(lián)多電平變換器，再通過脈寬調(diào)制技術(shù)(P麗)，使該變換器可以輸出多個電平，從而提高輸出的電能質(zhì)量，降低輸出諧波，提高系統(tǒng)的可靠性。
背景技術(shù)：
：多電平變換器，由于其輸出波形畸變小、dv/dt小和系統(tǒng)的EMI小等特點成為當前研究的熱點，而且越來越廣泛的應(yīng)用于大功率電機驅(qū)動和交直流電力傳輸?shù)确矫?。但是目前的多電平變換器都存在種種缺點，尤其是當輸出電平數(shù)增加時，系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜性顯著增加，而對于飛跨電容式多電平變換器還存在電容電壓不平衡的問題，這些問題都會大大降低系統(tǒng)的可靠性。相對于二極管箱位型和飛跨電容型多電平變換器來說，級聯(lián)型拓撲變換器具有需要最少數(shù)量的器件、不需要大量的箝位二極管和飛跨電容、易于模塊化和易于采用軟開關(guān)技術(shù)等優(yōu)點，較適合于電網(wǎng)接口。但是，級聯(lián)型拓撲變換器需要多個直流電壓源。當采用不可控整流得到這些直流源，為減小對電網(wǎng)的諧波干擾，通常采用多繞組曲折變壓器的多重化來實現(xiàn)。這種變壓器體積龐大，成本高，設(shè)計困難。另一方面，由于其結(jié)構(gòu)的限制，難以實現(xiàn)四象限運行。申請?zhí)枮閆L200810105139.7的中國專利公開了一種箝位式多電平變換器用的單相電路拓撲結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特征在于直流側(cè)有三個電容，直流側(cè)電壓為4Vd。，處于中間的電容實現(xiàn)2Vd。電壓，在輸入側(cè)用四個二極管箝位，輸出側(cè)用一個箝位電容箝位，通過開關(guān)組合，使每個開關(guān)器件承受ivd。以得到五種電平的輸出組合。雖然，本專利的電路結(jié)構(gòu)大大簡化、器件耐壓水平低，可以做到不含器件的直接串聯(lián)，沒有開通和關(guān)斷的同步問題。但是本專利只能得到五種電平的輸出組合，電平輸出的范圍低。明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種混合級聯(lián)多電平變換器，以解決現(xiàn)有變換器技術(shù)中存在的電平輸出范圍低，輸出電能質(zhì)量低，輸出諧波多等缺陷。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是混合級聯(lián)多電平變換器，包括逆變器、H橋電路，所述逆變器為四電平逆變器，其特征在于，所述逆變器至少包括兩個，分別稱為第一逆變器和第二逆變器；所述逆變器的輸入端包括兩個相串聯(lián)的電源，分別稱為第一電源和第二電源，所述兩個電源分別并聯(lián)一電容器，所述逆變器還包括四個分別并聯(lián)了一二極管的三極管，所述三極管中的兩個相串聯(lián)后與所述第一電源并聯(lián)，所述另兩個三極管相串聯(lián)后與所述第二電源并聯(lián)；所述第一逆變器的第一橋臂的中點與所述第二逆變器的第一橋臂的中點串聯(lián)；所述H橋電路至少包括一個，所述H橋電路的輸入端包括一并聯(lián)了一電容器的電源、四個分別并聯(lián)了一二極管的三極管，所述三極管中的兩個相串聯(lián)后與所述電源并聯(lián)，所述另兩個三極管相串聯(lián)后也與所述電源并聯(lián)；所述H橋電路第一橋臂的中點與所述第一逆變器的第二橋臂的中點相串聯(lián)。所述多電平變換器由一個所述H橋電路、一個第一逆變器和一個第二逆變器，構(gòu)成了一個單相輸出的級聯(lián)單元，且所述H橋電路第一橋臂的中點與所述第一逆變器的第二橋臂的中點相串聯(lián)，所述第一逆變器的第一橋臂的中點與所述第二逆變器的第一橋臂的中點串聯(lián)。由復(fù)數(shù)個單相輸出的級聯(lián)單元構(gòu)成了一個兩相以上輸出的多電平變換器，該多電平變換器包括兩個以上的H橋電路，且所有H橋電路的第二橋臂的中點依次相串聯(lián)。本發(fā)明與現(xiàn)有變換器相比具有如下優(yōu)點(1)單相混合級聯(lián)逆變電路由兩個不對稱四電平電路和一個H橋電路級聯(lián)構(gòu)成。逆變電路的輸出是三個級聯(lián)單元的輸出疊加之和，通過不同的調(diào)制方法可以實現(xiàn)多電平輸出。改變輸入直流的電壓比可以改變輸出電平數(shù)，最多可以輸出27種電平；(2)可以把該單相逆變電路通過組合構(gòu)成多相逆變電路。對于n相對稱的負載(三相或以上)可以通過n相直接供電；對于非對稱的負載，可以分別控制每相電路通過n相n+l(三相四線)線供電；(3)可以對逆變電路采用脈寬調(diào)制技術(shù)；(4)在混合級聯(lián)逆變電路中，有些器件承受較高的電壓，但是開關(guān)的頻率低；有些器件承受較低的電壓，但是開關(guān)頻率高，所以可以選擇不同的器件。有益效果本發(fā)明混合級聯(lián)多電平變換器，通過把不對稱的多電平變換器和H橋式變換器級聯(lián)構(gòu)成混合級聯(lián)多電平變換器，再通過脈寬調(diào)制技術(shù)(P麗)，使該變換器可以輸出多個電平，從而提高輸出的電能質(zhì)量，降低輸出諧波，提高系統(tǒng)的可靠性。以下結(jié)合附圖和具體實施方式來進一步說明本發(fā)明。圖1為本發(fā)明中單相輸出的電路結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中N相輸出的電路結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。實施l參考圖1，圖中包括三個單元，分別為單元A0、單元A1和單元A2，圖中電路是由這三個單元級聯(lián)構(gòu)成。其中單元AO是一個傳統(tǒng)的H橋電路，而單元Al和單元A2則是一個不對稱的四電平逆變電路。圖中VaQ1、Vall、Val2、Va21和Va22是對立的直流電源，可以是太陽能、風能、燃料電池、蓄電池和隔離的變壓器整流獲得。單相混合級聯(lián)逆變電路的輸出由三個獨立級聯(lián)單元的輸出疊加所得，可以由式1表示vag=vag0+vagl+vag2(1)其中，vag為逆變器的輸出，vag。、vagl和vag2分別是單元A0、A1和A2的輸出。對于單元A0，設(shè)vaQ1=E，則vag?？梢詾開E、0和E三個電平；對于單元Al，設(shè)vall=E，val2=E，則vagl可以為_2E、-E、0和E四個電平；同樣，對于單元A2，設(shè)va21=E，va22=E，則vag2也可以為2E、E、0和_E四個電平。把三個級聯(lián)單元的輸出經(jīng)過組合和疊加，v^最多可以輸出_4E、_3E、_2E、_E、0、E、2E、3E和4E九個電平，其詳細0、E、2E、3E和4E的組合如表1所示，同樣可以給出-4E、-3E、-2E和-E的組合。從表中可以看出，該逆變電路存在冗余組合，在實際電路中，可以通過選擇不同的組合來減少開關(guān)器件開關(guān)的次數(shù)，從而減少損耗提高效率。實施例2參考圖l，當直流電源的電壓比值發(fā)生變化時可以得到不同的輸出電平數(shù)。設(shè)VaQ1=7E，則vag?？梢詾?7E、0和7E三個電平；設(shè)Vall=4E，Val2=E，則vagl可以為_5E、_E、0和4E四個電平；設(shè)Va21=E，Va22=E則vag2也可以為2E、E、0和_E四個電平。此時逆變電路最多可以輸出13E、12E、11E、10E、9E、8E、7E、6E、5E、4E、3E、2E、E、0、-13E、-12E、-11E、-10E、-9E、-8E、-7E、-6E、-5E、-4E、-3E、-2E和-E共27個電平。其詳細13E、12E、11E、10E、9E、8E、7E、6E、5E、4E、3E、2E、E和0的組合如表2所示，同樣可以給出_13E、_12E、-IIE、-IOE、-9E、-8E、_7E、_6E、_5E、_4E、_3E、-2E和_E的組合。實施3參看圖2，本發(fā)明可以通過組合實現(xiàn)多相輸出，圖2給出了N相輸出的結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出該多相電路可以給對稱的負載供電。當每相逆變電路單獨控制時，可通過中線給非對稱的負載供電。圖中負載為電機2。表1為單相輸出為0、E、2E、3E和4E的電平組合V。gvflglv昭24EEE2E0E2E3EE02EEEEEE02EE0E0EE002EE0000EE0E0—E02E0一E2E000E一E0—EE00一E0EE0—E0E一E0一EEE—2EE表2為單相輸出為0、E、2E、3E、4E、5E、6E、7E、8E、9E、10E、11E、12E和13E電平組合6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。權(quán)利要求混合級聯(lián)多電平變換器，包括逆變器、H橋電路，所述逆變器為四電平逆變器，其特征在于，所述逆變器至少包括兩個，分別稱為第一逆變器和第二逆變器；所述逆變器的輸入端包括兩個相串聯(lián)的電源，分別稱為第一電源和第二電源，所述兩個電源分別并聯(lián)一電容器，所述逆變器還包括四個分別并聯(lián)了一二極管的三極管，所述三極管中的兩個相串聯(lián)后與所述第一電源并聯(lián)，所述另兩個三極管相串聯(lián)后與所述第二電源并聯(lián)；所述第一逆變器的第一橋臂的中點與所述第二逆變器的第一橋臂的中點串聯(lián)；所述H橋電路至少包括一個，所述H橋電路的輸入端包括一并聯(lián)了一電容器的電源、四個分別并聯(lián)了一二極管的三極管，所述三極管中的兩個相串聯(lián)后與所述電源并聯(lián)，所述另兩個三極管相串聯(lián)后也與所述電源并聯(lián)；所述H橋電路第一橋臂的中點與所述第一逆變器的第二橋臂的中點相串聯(lián)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合級聯(lián)多電平變換器，其特征在于，所述多電平變換器由一個所述H橋電路、一個第一逆變器和一個第二逆變器，構(gòu)成了一個單相輸出的級聯(lián)單元，且所述H橋電路第一橋臂的中點與所述第一逆變器的第二橋臂的中點相串聯(lián)，所述第一逆變器的第一橋臂的中點與所述第二逆變器的第一橋臂的中點串聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合級聯(lián)多電平變換器，其特征在于，由復(fù)數(shù)個單相輸出的級聯(lián)單元構(gòu)成了一個兩相以上輸出的多電平變換器，該多電平變換器包括兩個以上的H橋電路，且所有H橋電路的第二橋臂的中點依次相串聯(lián)。全文摘要本發(fā)明公開了一種混合級聯(lián)多電平變換器，屬于變換器
技術(shù)領(lǐng)域：
。它包括逆變器、H橋電路，所述逆變器為四電平逆變器，所述逆變器至少包括兩個，分別稱為第一逆變器和第二逆變器；所述第一逆變器的第一橋臂的中點與所述第二逆變器的第一橋臂的中點串聯(lián)；所述H橋電路至少包括一個，所述H橋電路第一橋臂的中點與所述第一逆變器的第二橋臂的中點相串聯(lián)。有益效果本發(fā)明混合級聯(lián)多電平變換器，通過把不對稱的多電平變換器和H橋式變換器級聯(lián)構(gòu)成混合級聯(lián)多電平變換器，再通過脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)，使該變換器可以輸出多個電平，從而提高輸出的電能質(zhì)量，降低輸出諧波，提高系統(tǒng)的可靠性。文檔編號H02M7/53GK101753053SQ20081020447公開日2010年6月23日申請日期2008年12月12日優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日發(fā)明者湯天浩,王天真,韓金剛申請人:上海海事大學