非隔离型多电平逆变电路及其调制控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种非隔离型多电平逆变电路，包括直流电源和交流负载输出端，直流电源包括串联的第一直流电源和第二直流电源，在直流电源与交流负载输出端之间设有至少两个相并联的buck斩波电路，在中间连接电路与上部buck斩波电路之间、中间连接电路与下部buck斩波电路之间均设有单向二极管和电容。本发明的结构简单、使用稳定性好，实现了低谐波含量和低成本的逆变，大大降低了成本与损耗，使用稳定性好，适用性强且实用性好；同时还公开了非隔离型多电平逆变电路调制控制方法，其方法操作便捷，可有效且快速的实现逆变操作，适用性强且实用性好。
【专利说明】
非隔离型多电平逆变电路及其调制控制方法
技术领域
[0001]本发明属于电力电子变换技术领域，具体涉及一种非隔离型多电平逆变电路及其调制控制方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着光伏发电，大容量储能装置，电动汽车，柔性直流输电技术等的发展，越来越需要一种低成本，高效的，输出谐波含量低的逆变器，来进行直流逆变并网或用于交流负载。
[0003]传统换流器按电平数不同分为两点平和多电平换流器。多电平逆变主电路结构从原理上可以分为三种:第一种是箝位式多电平结构;第二种是利用单相全桥换流器(H桥)直接串联叠加的级联式结构形式;第三种是由电容与半桥开关器件组成子模块单元，通过在换流器正负直流母线之间串联子模块单元来构成多电平输出的结构形式。
[0004]两电平或者三电平调制成本较低，但会产生大量谐波，需要大容量滤波器进行滤波。MMC模块化多电平换流器输出谐波含量低，但电力电子器件数量多，开通关断频率过高，造成成本高，损耗大等问题。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明是提供一种结构简单、使用稳定性好且适用性强的非隔离型多电平逆变电路及其调制控制方法。
[0006]实现本发明目的的技术方案是:一种非隔离型多电平逆变电路，包括直流电源和交流负载输出端，所述直流电源包括串联的第一直流电源和第二直流电源，在所述直流电源与所述交流负载输出端之间设有至少两个相并联的buck斩波电路，上部buck斩波电路的一端连接在直流电源的正极、另一端连接在交流负载输出端，中间连接电路的一端连接在第一直流电源与第二直流电源的连接点上、另一端连接在交流负载输出端上且中间连接电路接地，下部buck斩波电路的一端连接在直流电源的负极、另一端连接在交流负载输出端上，所述上部buck斩波电路与下部buck斩波电路的数量相同且以中间连接电路为中心对称设置，在中间连接电路与上部buck斩波电路之间、中间连接电路与下部buck斩波电路之间均设有单向二极管和电容。
[0007]所述buck斩波电路包括依次串联的第一功率开关管、电感、第二功率开关管，所述第一功率开关管与直流电源相连接，第二功率开关管与交流负载输出端相连接，所述单向二极管和电容的连接点对称设置在电感两端。
[0008]所述buck斩波电路为六个、十二个或十四个。
[0009]所述交流负载输出端为单相且所述第二功率开关管为单个管体。
[0010]所述交流负载输出端为三相且所述第二功率开关管为三个相并联的管体组成。
[0011]—种非隔离型多电平逆变电路调制控制方法，包括如下步骤:
[0012]步骤A，对不同buck斩波电路采用同一个幅值为360的三角载波Twave信号进行调控:
[0013]步骤B，设定不同buck斩波回路的调制波信号alpha为各不相同的固定数值，并与三角载波Twave信号进行比较，当Twave>alpha时开通相应的功率开关管，当Twave〈alpha时关断相应的功率开关，由于每个buck斩波回路采用不同数值大小的调制波信号，每个调制波和三角载波比较大小会产生不同开通关断时间，由此形成不同直流电压；
[0014]步骤C，逆变部分每一个支路会得到不同的直流电压，采用最近电压逼近调制，调制波为需要的正弦波，当调制波瞬时值大小处在某支路直流电压大小附近时，开通相应支路末端的功率开关管，输出和调制波瞬时值相近的电压，当电平数越多时，所输出的电压越接近正弦波。
[0015]本发明具有积极的效果:本发明的结构简单、使用稳定性好，使用的电力电子器件较少，且控制稳定可靠，一定程度上实现了低谐波含量和低成本的逆变，大大降低了成本与损耗，使用稳定性好，适用性强且实用性好;且本发明的方法操作便捷，可有效且快速的实现逆变操作，适用性强且实用性好。
【附图说明】
[0016]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中:
[0017]图1为本发明的第一种结构(七电平单相逆变电路)示意图；
[0018]图2为本发明的第二种结构(七电平三相逆变电路)示意图；
[0019]图3为本发明的第三种结构(十三电平单相逆变电路)示意图。
【具体实施方式】
[0020]见图1至图3，一种非隔离型多电平逆变电路，包括直流电源I和交流负载输出端2，所述直流电源I包括串联的第一直流电源11和第二直流电源12，在所述直流电源I与所述交流负载输出端2之间设有至少两个相并联的buck斩波电路3，上部buck斩波电路的一端连接在直流电源的正极、另一端连接在交流负载输出端，中间连接电路的一端连接在第一直流电源与第二直流电源的连接点上、另一端连接在交流负载输出端上且中间连接电路接地，下部buck斩波电路的一端连接在直流电源的负极、另一端连接在交流负载输出端上，所述上部buck斩波电路与下部buck斩波电路的数量相同且以中间连接电路为中心对称设置，在中间连接电路与上部buck斩波电路之间、中间连接电路与下部buck斩波电路之间均设有单向二极管4和电容5。
[0021]所述buck斩波电路3包括依次串联的第一功率开关管31、电感32、第二功率开关管33，所述第一功率开关管与直流电源相连接，第二功率开关管与交流负载输出端相连接，所述单向二极管和电容的连接点对称设置在电感两端。
[0022]所述buck斩波电路为六个、十二个或十四个。
[0023]所述交流负载输出端为单相且所述第二功率开关管为单个管体。
[0024]所述交流负载输出端为三相且所述第二功率开关管为三个相并联的管体组成。
[0025]—种非隔离型多电平逆变电路调制控制方法，包括如下步骤:
[0026]步骤A，对不同buck斩波电路采用同一个幅值为360的三角载波Twave信号进行调控:
[0027]步骤B，设定不同buck斩波回路的调制波信号alpha为各不相同的固定数值，并与三角载波Twave信号进行比较，当Twave>alpha时开通相应的功率开关管，当Twave〈alpha时关断相应的功率开关，由于每个buck斩波回路采用不同数值大小的调制波信号，每个调制波和三角载波比较大小会产生不同开通关断时间，由此形成不同直流电压；
[0028]步骤C，逆变部分每一个支路会得到不同的直流电压，采用最近电压逼近调制，调制波为需要的正弦波，当调制波瞬时值大小处在某支路直流电压大小附近时，开通相应支路末端的功率开关管，输出和调制波瞬时值相近的电压，当电平数越多时，所输出的电压越接近正弦波。
[0029]本发明的结构简单、使用稳定性好，使用的电力电子器件较少，且控制稳定可靠，一定程度上实现了低谐波含量和低成本的逆变，大大降低了成本与损耗，使用稳定性好，适用性强且实用性好。
[0030]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种非隔离型多电平逆变电路，包括直流电源和交流负载输出端，其特征在于:所述直流电源包括串联的第一直流电源和第二直流电源，在所述直流电源与所述交流负载输出端之间设有至少两个相并联的buck斩波电路，上部buck斩波电路的一端连接在直流电源的正极、另一端连接在交流负载输出端，中间连接电路的一端连接在第一直流电源与第二直流电源的连接点上、另一端连接在交流负载输出端上且中间连接电路接地，下部buck斩波电路的一端连接在直流电源的负极、另一端连接在交流负载输出端上，所述上部buck斩波电路与下部buck斩波电路的数量相同且以中间连接电路为中心对称设置，在中间连接电路与上部buck斩波电路之间、中间连接电路与下部buck斩波电路之间均设有单向二极管和电容。2.根据权利要求1所述的非隔离型多电平逆变电路，其特征在于:所述buck斩波电路包括依次串联的第一功率开关管、电感、第二功率开关管，所述第一功率开关管与直流电源相连接，第二功率开关管与交流负载输出端相连接，所述单向二极管和电容的连接点对称设置在电感两端。3.根据权利要求2所述的非隔离型多电平逆变电路，其特征在于:所述buck斩波电路为六个、十二个或十四个。4.根据权利要求3所述的非隔离型多电平逆变电路，其特征在于:所述交流负载输出端为单相且所述第二功率开关管为单个管体。5.根据权利要求3所述的非隔离型多电平逆变电路，其特征在于:所述交流负载输出端为三相且所述第二功率开关管为三个相并联的管体组成。6.—种非隔离型多电平逆变电路调制控制方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤A，对不同buck斩波电路采用同一个幅值为360的三角载波Twave信号进行调控: 步骤B，设定不同buck斩波回路的调制波信号alpha为各不相同的固定数值，并与三角载波Twave信号进行比较，当Twave>alpha时开通相应的功率开关管，当Twave〈alpha时关断相应的功率开关，由于每个buck斩波回路采用不同数值大小的调制波信号，每个调制波和三角载波比较大小会产生不同开通关断时间，由此形成不同直流电压； 步骤C，逆变部分每一个支路会得到不同的直流电压，采用最近电压逼近调制，调制波为需要的正弦波，当调制波瞬时值大小处在某支路直流电压大小附近时，开通相应支路末端的功率开关管，输出和调制波瞬时值相近的电压，当电平数越多时，所输出的电压越接近正弦波。
【文档编号】H02M7/483GK105871236SQ201610342218
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】卢亮宇, 王银顺, 牟敏, 徐记凤, 阚常涛, 刘文飞, 付瑜
【申请人】华北电力大学