專利名稱：自生成級聯(lián)電源的級聯(lián)型多電平逆變電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力電子的功率變換設備技術領域，特指一種級聯(lián)逆變結構的新型D/A逆變電力電子技術，具體涉及單相、三相或其它多相的多電平逆變技術的拓撲結構。
背景技術：
目前常規(guī)的PWM單相D/A直接變換電路中，較常見的是全橋逆變電路，這種逆變電路電壓利用率并不高，最大利用率只約0. 7，這樣輸入直流電壓將比逆變輸出交流電壓的有效值高出許多。那么在光伏儲能逆變系統(tǒng)中，因直流電壓較高而需串聯(lián)很多的蓄電池，增加了系統(tǒng)維護難度，如果增加一級DC/DC升壓電路，則又降低了整體變換效率，同時較高的直流電壓也增加了變換系統(tǒng)器件耐壓的要求。而在普通三相逆變電路中，如采用常規(guī)SPWM調(diào)制方法，線電壓利用率最大只有 0.61，當采用空間失量調(diào)制法(SVPWM)調(diào)制方法后，線電壓利用率提高了一些，但也只有 0. 7左右，而相電壓利用率則更低。因此SPWM和SVPWM調(diào)制方法在常規(guī)逆變應用中，存在著電壓利用率低的問題。為了能輸出更大的逆變功率，就采用了多電平逆變技術，多電平逆變電路目前主要有電容飛跨型、二極管鉗位型和H橋級聯(lián)型等幾種。多電平逆變器具有波形失真小、諧波含量低、開關器件工作頻率低、開關損耗低等優(yōu)點。但當逆變電平數(shù)較多時，電容飛跨型和二極管鉗位型逆變存在電路結構及其控制復雜的問題，而H橋級聯(lián)型多電平逆變雖具有級聯(lián)簡單，易于模塊化等優(yōu)點，但一個H橋一般需一個獨立的直流電源，因此H橋級聯(lián)多電平逆變電路存在著獨立直流電源多的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是一種自生成級聯(lián)電源的半橋級聯(lián)型逆變電路，具有多電平逆變的一些特點，而輸入直流電源只有一個，電路工作時能自動生成多級電源，提供半橋級聯(lián)逆變電路的電源，從而大大提高了電壓利用率。實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案，一種自生成級聯(lián)電源的多電平逆變電路，所述的逆變電路由多組半橋級聯(lián)逆變電路連接而成，其特征為在多組半橋級聯(lián)逆變電路中的最上一級或最下一級的半橋級聯(lián)逆變電路由輸入直流電源供電，其余半橋級聯(lián)逆變電路的電源均由最上一級或最下一級的半橋級聯(lián)逆變電路的輸入的直流電源間接供 H1^ ο通過采用上述方案，這種自生成級聯(lián)電源的多電平逆變電路，通過適當?shù)目刂品绞?，生成各級?lián)半橋逆變的供電電源，從而大大減少了獨立的直流電源數(shù)。本實用新型的進一步設置是所述上一個半橋級聯(lián)逆變電路的電源濾波電容負極接至下一級半橋級聯(lián)逆變電路的輸出端，各相鄰半橋級聯(lián)逆變電路的電容正極均連接有級聯(lián)功率開關器件，最下一級的半橋級聯(lián)逆變電路的電源由輸入直流電源直接供電；或者所述下一個半橋級聯(lián)逆變電路的電源濾波電容正極接至上一級半橋級聯(lián)逆變電路的輸出端，
3各相鄰半橋級聯(lián)逆變電路的電容負極均連接有級聯(lián)功率開關器件，最上一級的逆變半橋由輸入直流電源直接供電，在本實用新型技術方案中，所述的級聯(lián)功率開關器件為電力電子開關器件或者二極管。通過進一步技術方案，達到的技術效果是(1)逆變各級均是一個半橋級聯(lián)逆變電路，上(下)一個半橋級聯(lián)逆變電路的電容負(正)極接至下(上)一級半橋級聯(lián)逆變電路得輸出端，各半橋級聯(lián)逆變電路的電容正(負) 極均有級聯(lián)功率開關器件相聯(lián)，該級聯(lián)功率開關器件在某些工作方式下可只用二極管，從而簡化控制電路。(2)逆變輸入直流電源數(shù)可小于逆變級聯(lián)數(shù)，最少時可只用一個輸入直流電源。各級半橋級聯(lián)逆變電路得電源可由級聯(lián)功率開關器件和下級聯(lián)半橋工作時產(chǎn)生。(3)當只用一個輸入直流電源時，單相逆變電壓利用率最大可達0.7#，#為級聯(lián)數(shù)，在三相逆變中，線電壓利用率最大可達0.6W，大幅提高了電壓利用率，也降低了功率器件的耐壓要求。(4)當各級聯(lián)供電電壓相等時，逆變輸出電平數(shù)為個，還可通過后級的電路， 增加逆變電平數(shù)。(5)當各半橋級聯(lián)逆變電路采用載波相移SPWM調(diào)制法時，由于這種方法能實現(xiàn)增頻效果，則各半橋級聯(lián)逆變電路的級聯(lián)功率開關器件頻率將大大降低，也就降低了功率器件的開關損耗。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。
圖1自生成級聯(lián)電源的多電平逆變基本電路之一；圖2自生成級聯(lián)電源的多電平逆變基本電路之二 ；圖3單極性逆變應用電路；圖4含極性轉換的逆變應用電路；圖5雙相逆變應用電路； 圖6三相逆變應用電路；圖 7CPS-SPWM 調(diào)制方法。
具體實施方式
圖1和圖2是本實用新型的基本逆變電路的兩個類型。以圖1為例，A是輸入直流電源，G-C13是其儲能電容，也即電源濾波電容，S11-S16是電力開關器件，S1和&是級聯(lián)電力開關器件。S11和S12是第一級半橋級聯(lián)逆變電路的半橋逆變器件，S13和S14是第二級半橋級聯(lián)逆變電路的半橋逆變器件，如此仍可向上級聯(lián)。在工作時，S1和S11的工作是同步的， 同理&和S13的工作也是同步的。具體工作原理以#=2為例，即兩個半橋級聯(lián)逆變電路。 則B點為逆變輸出點，當各功率開關器件關斷時，輸出電平為0 ；當S11關斷，S12開通，S13導通，S14關斷時，輸出電平為萬；當S11關斷，S12開通，S13關斷，S14開通時，輸出電平為W ；當 S11開通，S12關斷，S13關斷，S14開通時，輸出電平為^此狀態(tài)時S1開通，C2儲能電容通過S1 充電儲能；當S11開通，S12關斷，S13開通，S14關斷時，輸出電平為0，此狀態(tài)時S1也開通，C2儲能電容也充電儲能。因此第二級半橋級聯(lián)逆變電路的電能通過S11的開通時段內(nèi)得到電能，從而無需獨立的直流電源直接供電。圖3是單極性逆變應用電路，根據(jù)上面分析，半橋級聯(lián)逆變電路只能輸出正電平或者負電平，一個周期內(nèi)不能輸出正電平和負電平，因此圖3電路把第一級半橋級聯(lián)逆變電路接成負電源，第二級半橋級聯(lián)逆變電路的電源生成后為正電源，在理想情況下，兩個半橋級聯(lián)逆變電路的電源電壓值是相等的，隔直流電容C3可省去。但實際兩個半橋級聯(lián)逆變電路的電源電壓是有一定少許相差的，因此C3仍需要，但耐壓可低許多。但這種電路電壓利用率只有0. 35#，并不很高。圖4是含極性轉換的逆變應用電路，半橋級聯(lián)逆變電路的輸出全部為交流電的正半周(或負半周)，只要在后級再加一級全橋極性轉換電路，即可得到全周交流電，同時電壓利用率增大2倍。這種電路電壓利用率最大可達0. 7見例如當#=2時，在SPWM調(diào)制度為1 時，156V的直流輸入，經(jīng)逆變后輸出交流電有效值即可達220V，即使在調(diào)制度為0. 8時，直流電壓也只須約195V，電壓利用率仍可達1. 13，并大大降低了對逆變功率開關器件的耐壓要求。但極性轉換電路功率器件耐壓要求仍較高，不過工作頻率很低。圖5是雙相逆變應用電路，輸出實際上仍是單相交流電。沒有極性轉換電路，因此耐壓要求高的器件也就沒有了。這種電路電壓利用率最大也可達0. Ν,由于采用了四個半橋級聯(lián)逆變，如調(diào)制波采用SPWM方法時，則功率開關器件的工作頻率可降四倍，大大降低了器件開關損耗。圖6是三相逆變應用電路，當時，實際上就是常規(guī)三相逆變器，常規(guī)三相逆變器的電壓利用率很低，因此通常采用SVPWM，以提高電壓利用率，但在多電平逆變器中，軟件計算較復雜。而采用圖6的二級聯(lián)逆變電路，CPS-SPWM調(diào)制法時，線電壓利用率最大即可達1. 22，開關頻率還降低了一倍。CPS-SPWM調(diào)制方法如圖7所示，以兩級半橋級聯(lián)逆變電路為例，為多載波雙極性調(diào)制方法，載波為兩個相差180°的三角波，調(diào)制波為一個相同的正弦波，逆變輸出為兩個 SPWM波的疊加，等效兩個半橋級聯(lián)逆變電路后的交流電相加。這種方法的特點是功率器件工作頻率較低，能實現(xiàn)逆變輸出載波的增頻。由圖可知當調(diào)制度為1時，每個半橋級聯(lián)逆變電路的輸出等效交流電的峰峰值即等于其供電電源的電壓值，則每個半橋級聯(lián)逆變電路電壓最大利用率為0. 35，理想條件下，每增加一個半橋級聯(lián)逆變電路，電壓利用率即增加 0. 35。
權利要求1.一種自生成級聯(lián)電源的多電平逆變電路，所述的逆變電路由多組半橋級聯(lián)逆變電路連接而成，其特征為在多組半橋級聯(lián)逆變電路中的最上一級或最下一級的半橋級聯(lián)逆變電路的電源由輸入直流電源供電，其余半橋級聯(lián)逆變電路的電源均由最上一級或最下一級的半橋級聯(lián)逆變電路的輸入的直流電源間接供電。
2.根據(jù)權利要求1所述的自生成級聯(lián)電源的多電平逆變電路，其特征為所述上一個半橋級聯(lián)逆變電路的電源濾波電容負極接至下一級半橋級聯(lián)逆變電路的輸出端，各相鄰半橋級聯(lián)逆變電路的電源濾波電容正極均連接有級聯(lián)功率開關器件，最下一級的半橋級聯(lián)逆變電路由輸入直流電源直接供電。
3.根據(jù)權利要求1所述的自生成級聯(lián)電源的多電平逆變電路，其特征為所述下一個半橋級聯(lián)逆變電路的電源濾波電容正極接至上一級半橋級聯(lián)逆變電路的輸出端，各相鄰半橋級聯(lián)逆變電路的電源濾波電容負極均連接有級聯(lián)功率開關器件，最上一級的逆變半橋由輸入直流電源直接供電。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的自生成級聯(lián)電源的多電平逆變電路，其特征為所述的級聯(lián)功率開關器件為電力電子開關器件或者二極管。
專利摘要本實用新型涉及電力電子的功率變換設備技術領域，特指一種級聯(lián)逆變結構的新型D/A逆變電力電子技術，具體涉及單相、三相或其它多相的多電平逆變技術的拓撲結構。本實用新型采用如下技術方案，一種自生成級聯(lián)電源的級聯(lián)型多電平逆變電路，其特征為在多組半橋級聯(lián)逆變電路中的最上一級或最下一級的半橋級聯(lián)逆變電路的電源由輸入直流電源供電，其余半橋級聯(lián)逆變電路的電源均由最上一級或最下一級的半橋級聯(lián)逆變電路的輸入的直流電源間接供電。通過采用上述方案，本實用新型是一種自生成級聯(lián)電源的半橋級聯(lián)型逆變電路，具有多電平逆變的一些特點，而輸入直流電源只有一個，電路工作時能自動生成多級電源，提供半橋級聯(lián)逆變電路的電源，從而大大提高了電壓利用率。
文檔編號H02M7/42GK202183738SQ20112032086
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者夏守行 申請人:夏守行