一種多電平逆變器及其調(diào)制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多電平逆變器,其中五電平逆變器包括4個(gè)電容和12個(gè)開(kāi)關(guān)管且每個(gè)開(kāi)關(guān)管均反并聯(lián)一個(gè)二極管,與現(xiàn)有技術(shù)中的五電平逆變器相比,不包括五電平逆變器中的箝位二極管和飛跨電容,減少了二極管和電容的數(shù)量,降低了逆變器的成本和體積,提高了逆變器的效率。同時(shí)本發(fā)明涉及的五電平逆變器很方便拓展成多電平逆變器,具有較好的通用性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種多電平逆變器及其調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及多電平逆變器及其調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前中壓大容量場(chǎng)合多電平逆變器得到廣泛應(yīng)用,目前的五電平逆變器主要是二極管箝位型和飛跨電容型結(jié)構(gòu)。下面分別予以介紹。
[0003]參見(jiàn)圖la,該圖為常規(guī)的二極管箝位型五電平逆變器拓?fù)鋱D。
[0004]圖1a中的二極管用于為各個(gè)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行電壓箝位。盡管開(kāi)關(guān)管器件關(guān)斷時(shí)承受的電壓一致,但是各個(gè)箝位二極管需要承受不同的反相電向,通常需要選擇承受不同反向電壓等級(jí)的二極管。
[0005]在拓?fù)潆娐分袨榱诉x用相同反向電壓等級(jí)的二極管,實(shí)際應(yīng)用中通常需要多個(gè)相同標(biāo)稱(chēng)的二極管串聯(lián),如圖1b所示,由于二極管的分散性以及線(xiàn)路雜散參數(shù)的影響,標(biāo)稱(chēng)值相同的二極管所能夠承受的反向電壓也不完全一致,這樣串聯(lián)起來(lái)可能導(dǎo)致有的二極管兩端過(guò)壓二損壞,因此需要采取均壓措施和RC吸收電路,但是這樣增加了系統(tǒng)的體積和成本。
[0006]為了解決圖1b所存在的問(wèn)題,提出了一種改進(jìn)措施,如圖1c所示,該拓?fù)淠軌驅(qū)⒚總€(gè)二極管電壓箝位在單位電平電壓之內(nèi)且不存在二極管串聯(lián)的情況,在多電平逆變器中有較大的優(yōu)越性,但是箝位二極管的數(shù)量太大。
[0007]如圖2所示拓?fù)錇轱w跨電容型五電平逆變器,拓?fù)潆娐分须娙萜鹁鶋鹤饔?,但是由于?yīng)用的電容數(shù)量較多,造成系統(tǒng)的體積較大。
[0008]綜上所述,在現(xiàn)有的技術(shù)中兩種五電平逆變器拓?fù)潆娐匪枰亩O管或者是電容數(shù)量較多,造成系統(tǒng)的成本和體積較大,同時(shí)系統(tǒng)的效率比較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]有鑒于此,本發(fā)明的目的之一是提供一種五電平逆變器,該逆變器使用的半導(dǎo)體數(shù)量少,同時(shí)使用的電容數(shù)量少,降低了系統(tǒng)成本,另外逆變器的損耗低,效率較高;與此同時(shí)還可以很方便拓展成多電平逆變器。
[0010]本發(fā)明的目的之一是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的,一種五電平逆變器,包括第一電容CA21、第二電容CA22、第三電容CA11、第四電容CA12、第一開(kāi)關(guān)管SA21、第二開(kāi)關(guān)管SA22、第三開(kāi)關(guān)管SA11、第四開(kāi)關(guān)管SA12、第五開(kāi)關(guān)管SA23、第六開(kāi)關(guān)管SA24、第七開(kāi)關(guān)管SA23、第八開(kāi)關(guān)管SA24、第九開(kāi)關(guān)管SA25、第十開(kāi)關(guān)管SA26、第十一開(kāi)關(guān)管SA15和第十二開(kāi)關(guān)管SA16,每個(gè)開(kāi)關(guān)管的第一端與第二端均反向并聯(lián)一個(gè)二極管,直流電源的正端連接第一電容CA21的第一端,第一電容CA21串聯(lián)第二電容CA22,第二電容CA22的第二端連接直流電源的負(fù)端;第一開(kāi)關(guān)管SA21的第一端連接第一電容CA21的第一端,第一開(kāi)關(guān)管SA21的第二端連接第二開(kāi)關(guān)管SA22的第一端,第二開(kāi)關(guān)管SA22的第二端連接第一節(jié)點(diǎn);第一節(jié)點(diǎn)連接第三開(kāi)關(guān)管SAll的第一端,第三開(kāi)關(guān)管SAll的第二端連接第四開(kāi)關(guān)管SA12的第一端,第四開(kāi)關(guān)管SA12的第二端連接交流輸出端;交流輸出端連接第五開(kāi)關(guān)管SA23的第一端,第五開(kāi)關(guān)管SA23的第二端連接第六開(kāi)關(guān)管SA24的第一端,第六開(kāi)關(guān)管SA24的第二端連接第二節(jié)點(diǎn);第二節(jié)點(diǎn)連接第七開(kāi)關(guān)管SA23的第一端,第七開(kāi)關(guān)管SA23的第二端連接第八開(kāi)關(guān)管SA24的第一端,第八開(kāi)關(guān)管SA24的第二端連接直流電源的負(fù)端;第一電容CA21的第二端連接第九開(kāi)關(guān)管SA25的第一端,第九開(kāi)關(guān)管SA25的第二端連接第十開(kāi)關(guān)管SA26的第二端,第十開(kāi)關(guān)管SA26的第一端連接第三節(jié)點(diǎn);第三節(jié)點(diǎn)連接第十一開(kāi)關(guān)管SA15的第一端,第十一開(kāi)關(guān)管SA15的第二端連接第十二開(kāi)關(guān)管SA16的第二端,第十二開(kāi)關(guān)管SA16的第一端連接交流輸出;第一節(jié)點(diǎn)連接第三電容CAll的第一端,第三電容CAll的第二端連接第三節(jié)點(diǎn);第二節(jié)點(diǎn)連接第四電容CA12的第二端,第四電容CA12的第一端連接第三節(jié)點(diǎn);開(kāi)關(guān)管均為IGBT,所述第一端為集電極,第二端為發(fā)射極。
[0011]進(jìn)一步,該五電平逆變器對(duì)應(yīng)的五個(gè)電平模態(tài)分別為:
[0012]第一模態(tài)VO:第五開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止;
[0013]第二模態(tài)Vl或者V2:其中Vl模態(tài)指第七開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第十一開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止;V2模態(tài)指第五開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止;
[0014]第三模態(tài)V3:第九開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第i^一開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止;
[0015]第四模態(tài)V4或者V5:其中V4模態(tài)指第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第十一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止;V5模態(tài)指第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十一開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止;
[0016]第五模態(tài)V6:第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止。
[0017]本發(fā)明的目的之二是提供一種對(duì)五電平逆變器進(jìn)行調(diào)制的方法,具體為:當(dāng)正弦波大于第一三角波時(shí)五電平逆變器工作于第五模態(tài)V6 ;
[0018]當(dāng)正弦波小于第一三角波而大于第二三角波時(shí)五電平逆變器工作于第四模態(tài)V4或者V5 ;
[0019]當(dāng)正弦波小于第二三角波而大于第三三角波時(shí)五電平逆變器工作于第三模態(tài)V3 ;
[0020]當(dāng)正弦波小于第三三角波而大于第四三角波時(shí)五電平逆變器工作于第二模態(tài)Vl或者V2 ;
[0021]當(dāng)正弦波小于第四三角波時(shí)五電平逆變器工作于第一模態(tài)W。
[0022]進(jìn)一步,當(dāng)五電平逆變器工作于第四模態(tài)V4或者V5,如果逆變器的第三電容的實(shí)際電壓與設(shè)定值電壓的偏差和逆變器輸出電流的乘積大于零,則逆變器工作于第四模態(tài)V4,否則逆變器工作于第四模態(tài)V5 ;
[0023]當(dāng)五電平逆變器工作于第二模態(tài)Vl或者V2,如果逆變器的第四電容的實(shí)際電壓與設(shè)定值電壓的偏差和逆變器輸出電流的乘積大于零,則逆變器工作于第二模態(tài)VI,否則逆變器工作于第二模態(tài)V2。
[0024]本發(fā)明的目的之三是提供一種由m個(gè)五電平逆變器組成的多電平逆變器,
[0025]當(dāng)m = 2時(shí),多電平逆變器包括第一五電平逆變器和第二五電平逆變器,
[0026]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接直流電源的正端;第一五電平逆變器和第二五電平逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連在一起,且均連接直流電源的負(fù)端;
[0027]第一五電平逆變器和第二五電平逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接第一電容和第二電容的公共端;
[0028]第一五電平逆變器和第二五電平逆變器的交流輸出端分別作為該多電平逆變器的兩個(gè)交流輸出端;
[0029]該多電平逆變器的調(diào)制方法為:所述第一五電平逆變器由第一正弦波進(jìn)行調(diào)制,所述第二五電平逆變器由第二正弦波進(jìn)行調(diào)制,第一正弦波和第二正弦波相位相差180度。
[0030]當(dāng)m= 3時(shí),多電平逆變器包括第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器,
[0031]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接直流電源的正端;
[0032]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連在一起,且均連接直流電源的負(fù)端;
[0033]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接第一電容和第二電容的公共端;
[0034]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器的交流輸出端分別作為該逆變器的三個(gè)交流輸出端;
[0035]該多電平逆變器的調(diào)制方法為:所述第一五電平逆變器由第一正弦波進(jìn)行調(diào)制,所述第二五電平逆變器由第二正弦波進(jìn)行調(diào)制,所述第三五電平逆變器由第三正弦波進(jìn)行調(diào)制,第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次相差120度。
[0036]當(dāng)m = 4時(shí),包括第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器;
[0037]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接直流電源的正端;
[0038]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連在一起,且均連接直流電源的負(fù)端;
[0039]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接第一電容和第二電容的公共端;
[0040]第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器的交流輸出端分別作為該多電平逆變器的四個(gè)交流輸出端。
[0041]本發(fā)明的目的之四是提供一種(2N+1)電平逆變器,包括N個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的單元,第N單元、第N-1單元、第N-2單元、……、第一單元依次連接,其中N為大于等于I的整數(shù);
[0042]每個(gè)單元具有第一端A、第二端B、第三端C、第四端D、第五端E和第六端F,每個(gè)單元包括第一模塊、第二模塊和第三模塊;第N單元的第二 B與第N-1單元的第一端A連接,第N單元的第三端C與第N-1單元的第四端D連接,第N單元的第六端F與第N-1單元的第五端E連接,第N-1單元的第二端B、第三端C和第六端F作為逆變器的輸出端,第N單元的第一端A與第五端E通過(guò)第NI電容CANl連接,第N單元的第一端A與第四端D通過(guò)第N2電容CAN2連接,第N單元的第一端A接直流電源的正端,第N單元的第四端D接直流電源的負(fù)端;
[0043]所述第一模塊包括第NI開(kāi)關(guān)管SANl和第N2開(kāi)關(guān)管SAN2,第NI開(kāi)關(guān)管SANl的第一端作為單元的第一端A,第NI開(kāi)關(guān)管SANl的第二端與第N2開(kāi)關(guān)管SAN2的第一端連接,第N2開(kāi)關(guān)管SAN2的第二端作為單元的第二端B ;第N單元中的第NI開(kāi)關(guān)管SANl的第一端與第N-1單元中的第N2開(kāi)關(guān)管SAN2的第二端連接;
[0044]所述第二模塊包括第N3開(kāi)關(guān)管SAN3和第N4開(kāi)關(guān)管SAN4,第N3開(kāi)關(guān)管SAN3的第一端作為單元的第三端C,第N3開(kāi)關(guān)管SAN3的第二端與第N4開(kāi)關(guān)管SAN4的第一端連接,第N4開(kāi)關(guān)管SAN4的第二端作為單元的第四端D ;第N單元中的第N3開(kāi)關(guān)管SAN3的第二端與第N-1單元的第N4開(kāi)關(guān)管SAN4的第一端連接;
[0045]所述第三模塊包括第N5開(kāi)關(guān)管SAN5和第N6開(kāi)關(guān)管SAN6,第N5開(kāi)關(guān)管SAN5的第一端作為單元的第五端E,第N5開(kāi)關(guān)管SAN5的第二端與第N6開(kāi)關(guān)管SAN6的第一端連接,第N6開(kāi)關(guān)管SAN6的第二端作為單元的第六端F ;第N單元中的第N6開(kāi)關(guān)管SAN6的第二端與第N-1單元的第N5開(kāi)關(guān)管SAN5的第一端連接;
[0046]第N單元、第N-1單元間的連接方式與第N-1單元、第N-2單元間的連接方式相同;所述開(kāi)關(guān)管為IGBT,所述第一端為集電極,第二端為發(fā)射極。
[0047]有益技術(shù)效果:
[0048]本發(fā)明所述的多電平逆變器不包括現(xiàn)有技術(shù)中逆變器的箝位二極管和飛跨電容,跟現(xiàn)有技術(shù)相比減少了二極管和電容的數(shù)量,降低了逆變器的成本和體積,提高了逆變器的效率。而且根據(jù)本發(fā)明涉及的五電平逆變器可以很方便拓展成多電平逆變器,具有較好的通用性。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0049]圖1a為現(xiàn)有技術(shù)的第一種二極管箝位型五電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0050]圖1b為現(xiàn)有技術(shù)的第二種二極管箝位型五電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0051]圖1c為現(xiàn)有技術(shù)的第三種二極管箝位型五電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0052]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的飛跨電容型五電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0053]圖3為本發(fā)明提供的五電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0054]圖4為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第一模態(tài)VO對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D;
[0055]圖5為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第二模態(tài)Vl對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D;
[0056]圖6為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第二模態(tài)V2對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D;
[0057]圖7為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第三模態(tài)V3對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D;
[0058]圖8為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第四模態(tài)V4對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D;
[0059]圖9為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第四模態(tài)V5對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D;
[0060]圖10為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第五模態(tài)V6對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D;
[0061]圖11為本發(fā)明提供的五電平逆變器開(kāi)關(guān)管觸發(fā)脈沖時(shí)序圖;
[0062]圖12為本發(fā)明提供的五電平逆變器開(kāi)關(guān)管觸發(fā)脈沖算法流程圖;
[0063]圖13為本發(fā)明提供的單相全橋五電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0064]圖14為本發(fā)明提供的三相三線(xiàn)制五電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0065]圖15為本發(fā)明提供的三相四線(xiàn)制五電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0066]圖16為本發(fā)明提供的單相七電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0067]圖17為本發(fā)明提供的單相九電平逆變器拓?fù)鋱D;
[0068]圖18為本發(fā)明提供的單相(2N+1)電平逆變器拓?fù)鋱D。
【具體實(shí)施方式】
[0069]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,下面將結(jié)合本附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
[0070]實(shí)施例一
[0071]參見(jiàn)圖3為本發(fā)明提供的五電平逆變器拓?fù)鋱D,本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平逆變器包括4個(gè)電容和12個(gè)開(kāi)關(guān)管且每個(gè)開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)一個(gè)二極管,分別為第一開(kāi)關(guān)管SA21、第二開(kāi)關(guān)管SA22、第三開(kāi)關(guān)管SA11、第四開(kāi)關(guān)管SA12、第五開(kāi)關(guān)管SA13、第六開(kāi)關(guān)管SA14、第七開(kāi)關(guān)管SA23、第八開(kāi)關(guān)管SA24、第九開(kāi)關(guān)管SA25、第十開(kāi)關(guān)管SA26、第i^一開(kāi)關(guān)管SA15、第十二開(kāi)關(guān)管SA16。
[0072]直流電源的正端連接第一電容CA21的第一端,第一電容CA21串聯(lián)第二電容CA22,第二電容CA22的第二端連接直流電源的負(fù)端。
[0073]第一開(kāi)關(guān)管SA21的第一端連接第一電容CA21的第一端,第一開(kāi)關(guān)管SA21的第二端連接第二開(kāi)關(guān)管SA22的第一端,第二開(kāi)關(guān)管SA22的第二端連接第一節(jié)點(diǎn);
[0074]第一節(jié)點(diǎn)連接第三開(kāi)關(guān)管SAll的第一端,第三開(kāi)關(guān)管SAll的第二端連接第四開(kāi)關(guān)管SA12的第一端,第四開(kāi)關(guān)管SA12的第二端連接交流輸出端Output ;
[0075]交流輸出端Output連接第五開(kāi)關(guān)管SA13的第一端,第五開(kāi)關(guān)管SA13的第二端連接第六開(kāi)關(guān)管SA14的第一端,第六開(kāi)關(guān)管SA14的第二端連接第二節(jié)點(diǎn);
[0076]第二節(jié)點(diǎn)連接第七開(kāi)關(guān)管SA23的第一端,第七開(kāi)關(guān)管SA23的第二端連接第八開(kāi)關(guān)管SA24的第一端,第八開(kāi)關(guān)管SA24的第二端連接直流電源的負(fù)端;
[0077]第一電容CA21的第二端連接第九開(kāi)關(guān)管SA25的第一端,第九開(kāi)關(guān)管SA25的第二端連接第十開(kāi)關(guān)管SA26的第二端,第十開(kāi)關(guān)管SA26的第一端連接第三節(jié)點(diǎn);
[0078]第三節(jié)點(diǎn)連接第十一開(kāi)關(guān)管SA15的第一端,第十一開(kāi)關(guān)管SA15的第二端連接第十二開(kāi)關(guān)管SA16的第二端,第十二開(kāi)關(guān)管SA16的第一端連接交流輸出端Output ;
[0079]第一節(jié)點(diǎn)連接第三電容CAll的第一端,第三電容CAll的第二端連接第三節(jié)點(diǎn);
[0080]第二節(jié)點(diǎn)連接第四電容CA12的第二端,第四電容CA12的第一端連接第三節(jié)點(diǎn);
[0081]需要說(shuō)明的是,本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平逆變器可以輸出五個(gè)電平,需要兩種電壓等級(jí)的電容,其中電容CAll和CA12的電壓為一個(gè)電平電壓,CA21和CA22的電壓為兩個(gè)電平電壓。
[0082]本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平逆變器不需要現(xiàn)有五電平逆變器的箝位二極管和飛跨電容,現(xiàn)有技術(shù)二極管箝位型五電平逆變器通常需要多個(gè)相同標(biāo)稱(chēng)的二極管串聯(lián),由于半導(dǎo)體器件的分散性及線(xiàn)路雜散參數(shù)的影響,標(biāo)稱(chēng)值相同的二極管所能夠承受的反向電壓也不完全一致,這樣串聯(lián)起來(lái)可能導(dǎo)致有的二極管兩端過(guò)電壓而損壞,因此需要采取均壓措施和RC吸收電路,但是這樣增加了系統(tǒng)的體積和成本。同時(shí)本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平逆變器不需要大量的箝位二極管,在逆變器成本方面也具有較大的優(yōu)勢(shì)。
[0083]而現(xiàn)有技術(shù)的另外一種飛跨電容型五電平拓?fù)渌枰碾娙輸?shù)量較多,所以本發(fā)明實(shí)施例提供的逆變器在成本上也具有較大的優(yōu)勢(shì)。
[0084]需要說(shuō)明的是,以上12個(gè)開(kāi)關(guān)管均為IGBT,所述第一端為IGBT的集電極,第二端為IGBT的發(fā)射極。另外以上12個(gè)開(kāi)關(guān)管也可以選擇其他類(lèi)型的開(kāi)關(guān)管替代。
[0085]需要說(shuō)明的是,以上開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)的二極管可以是獨(dú)立二極管,也可以是與開(kāi)關(guān)管封裝集成在一起的二極管。
[0086]本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平逆變器一共有五種工作模態(tài),可以輸出五個(gè)電平等級(jí),下面結(jié)合附圖對(duì)五種工作模態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析,其中導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)管在圖中用實(shí)心圓表示,截止的開(kāi)關(guān)管用方塊表示,導(dǎo)通的路徑用粗實(shí)線(xiàn)表示。
[0087]參見(jiàn)圖4,該圖為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第一模態(tài)VO對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D。
[0088]第一模態(tài)VO:第五開(kāi)關(guān)管SA13、第六開(kāi)關(guān)管SA14、第七開(kāi)關(guān)管SA23、第八開(kāi)關(guān)管SA24、第十開(kāi)關(guān)管SA26、第十二開(kāi)關(guān)管SA16導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管截止,而第十開(kāi)關(guān)管SA26和第十二開(kāi)關(guān)管SA16導(dǎo)通是為下一個(gè)換流模態(tài)做準(zhǔn)備。
[0089]當(dāng)交流輸出端電流流入逆變器時(shí),電流路徑為SA13-SA14-SA23-SA24 ;當(dāng)交流輸出端電流流出逆變器時(shí),電流路徑為分別從開(kāi)關(guān)管SA13的反并聯(lián)二極管、SA14的反并聯(lián)二極管、SA23的反并聯(lián)二極管、SA24的反并聯(lián)二極管流過(guò)。
[0090]參見(jiàn)圖5,該圖為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第二模態(tài)Vl對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D。
[0091]第二模態(tài)Vl:第七開(kāi)關(guān)管SA23、第八開(kāi)關(guān)管SA24、第十開(kāi)關(guān)管SA26、第十一開(kāi)關(guān)管SA15、第十二開(kāi)關(guān)管SA16導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管截止,當(dāng)交流輸出端電流流入逆變器時(shí),電流路徑為SA16-SA15的反并聯(lián)二極管-CA12-SA23-SA24 ;當(dāng)交流輸出端電流流出逆變器時(shí),電流路徑為SA16的反并聯(lián)二極管-SA15-CA12-SA23的反并聯(lián)二極管-SA24的反并聯(lián)二極管。
[0092]參見(jiàn)圖6,該圖為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第二模態(tài)V2對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D。
[0093]第二模態(tài)V2:第五開(kāi)關(guān)管SA13、第六開(kāi)關(guān)管SA14、第九開(kāi)關(guān)管SA25、第十開(kāi)關(guān)管SA26、第十二開(kāi)關(guān)管SA16導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管截止。
[0094]當(dāng)交流輸出端電流流入逆變器時(shí),電流路徑為SA13-SA14-CA12-SA26-SA25的反并聯(lián)二極管;當(dāng)交流輸出端電流流出逆變器時(shí),電流路徑為SA13的反并聯(lián)二極管-SA14的反并聯(lián)二極管-CA12-SA26的反并聯(lián)二極管-SA25。
[0095]參見(jiàn)圖7,該圖為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第三模態(tài)V3對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D。
[0096]第三模態(tài)V3:第九開(kāi)關(guān)管SA25、第十開(kāi)關(guān)管SA26、第十一開(kāi)關(guān)管SA15、第十二開(kāi)關(guān)管SA16導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管截止。
[0097]當(dāng)交流輸出端電流流入逆變器時(shí),電流路徑為SA16-SA15的反并聯(lián)二極管-SA26-SA25的反并聯(lián)二極管;當(dāng)交流輸出端電流流出逆變器時(shí),電流路徑為SA16的反并聯(lián)二極管-SA15-SA26的反并聯(lián)二極管-SA25。
[0098]參見(jiàn)圖8,該圖為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第四模態(tài)V4對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D。
[0099]第四模態(tài)V4:第三開(kāi)關(guān)管SA11、第四開(kāi)關(guān)管SA12、第九開(kāi)關(guān)管SA25、第十開(kāi)關(guān)管SA26、第^ 開(kāi)關(guān)管SA15導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管截止。
[0100]當(dāng)交流輸出端電流流入逆變器時(shí),電流路徑為SA12的反并聯(lián)二極管-SAll的反并聯(lián)二極管-CA11-SA26-SA25的反并聯(lián)二極管;當(dāng)交流輸出端電流流出逆變器時(shí),電流路徑為 SA12-SA11-CA11-SA26 的反并聯(lián)二極管-SA25。
[0101]參見(jiàn)圖9,該圖為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第四模態(tài)V5對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D。
[0102]第四模態(tài)V5:第一開(kāi)關(guān)管SA21、第二開(kāi)關(guān)管SA22、第九開(kāi)關(guān)管SA25、第十一開(kāi)關(guān)管SA15、第十二開(kāi)關(guān)管SA16導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管截止。
[0103]當(dāng)交流輸出端電流流入逆變器時(shí),電流路徑為SA16-SA15的反并聯(lián)二極管-CA11-SA22的反并聯(lián)二極管-SA21的反并聯(lián)二極管;當(dāng)交流輸出端電流流出逆變器時(shí),電流路徑為SA16的反并聯(lián)二極管-SA15-CA11-SA22-SA21。
[0104]參見(jiàn)圖10,該圖為本發(fā)明提供的五電平逆變器處于第五模態(tài)V6對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D。
[0105]第五模態(tài)V6:第一開(kāi)關(guān)管SA21、第二開(kāi)關(guān)管SA22、第三開(kāi)關(guān)管SA11、第四開(kāi)關(guān)管SA12、第九開(kāi)關(guān)管SA25、第十一開(kāi)關(guān)管SA15導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管截止,而第九開(kāi)關(guān)管SA25和第十一開(kāi)關(guān)管SA15導(dǎo)通是為下一個(gè)換流模態(tài)做準(zhǔn)備。
[0106]當(dāng)交流輸出端電流流入逆變器時(shí),電流路徑為分別從開(kāi)關(guān)管SA12的反并聯(lián)二極管-SAll反并聯(lián)二極管-SA22的反并聯(lián)二極管-SA21的反并聯(lián)二極管流過(guò);當(dāng)交流輸出端電流流出逆變器時(shí),電流路徑為SA12-SA11-SA22-SA21。
[0107]參見(jiàn)圖11,該圖為本發(fā)明提供的五電平逆變器開(kāi)關(guān)管觸發(fā)脈沖時(shí)序圖。
[0108]圖11中包含四個(gè)三角波,分別是第一三角波Carryl、第二三角波Carry2、第三三角波Canr3、第四三角波Canr4,Ua為五電平逆變器交流輸出端輸出的電壓波形。
[0109]圖12為計(jì)算開(kāi)關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G11-G14的算法流程圖。
[0110]圖12算法流程圖依次將第一三角波Carryl、第二三角波Carry2、第三三角波Carry3、第四三角波Carry3和正弦波Ura進(jìn)行比較。
[0111]當(dāng)正弦波Ura大于第一三角波Carryl時(shí)五電平逆變器工作第五模態(tài)V6 ;
[0112]當(dāng)正弦波Ura小于第一三角波Carryl而大于第二三角波Carry2時(shí)五電平逆變器工作于第四模態(tài)V4或者V5 ;
[0113]當(dāng)正弦波Ura小于第二三角波Carry2而大于第三三角波Carry3時(shí)五電平逆變器工作于第三模態(tài)V3 ;
[0114]當(dāng)正弦波Ura小于第三三角波Carry3而大于第四三角波Carry3時(shí)五電平逆變器工作于所述的第二模態(tài)Vl或者V2 ;
[0115]當(dāng)正弦波Ura小于第四三角波Carry3時(shí)五電平逆變器工作于第一模態(tài)W。
[0116]當(dāng)五電平逆變器工作于第四模態(tài)V4或者V5,如果逆變器的第三電容CAll的實(shí)際電壓與設(shè)定值電壓的偏差和逆變器輸出電流Ia的乘積大于零,則逆變器工作于第四模態(tài)V4,否則逆變器工作于第四模態(tài)V5 ;
[0117]當(dāng)五電平逆變器工作于第二模態(tài)Vl或者V2,如果逆變器的第四電容CA12的實(shí)際電壓與設(shè)定值電壓的偏差和逆變器輸出電流Ia的乘積大于零,則逆變器工作于第二模態(tài)VI,否則逆變器工作于第二模態(tài)V2。
[0118]逆變器工作于第一模態(tài)VO時(shí),逆變器的第一開(kāi)關(guān)管SA21的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G11、第三開(kāi)關(guān)管SAll的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G12、第五開(kāi)關(guān)管SA13的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13和第七開(kāi)關(guān)管SA23的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14分別為OOll ;
[0119]逆變器工作于第二模態(tài)Vl時(shí),逆變器的第一開(kāi)關(guān)管SA21的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G11、第三開(kāi)關(guān)管SAll的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G12、第五開(kāi)關(guān)管SA13的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13和第七開(kāi)關(guān)管SA23的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14分別為0001 ;
[0120]逆變器工作于第二模態(tài)V2時(shí),逆變器的第一開(kāi)關(guān)管SA21的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G11、第三開(kāi)關(guān)管SAll的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G12、第五開(kāi)關(guān)管SA13的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13和第七開(kāi)關(guān)管SA23的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14分別為0010 ;
[0121]逆變器工作于第三模態(tài)V3時(shí),逆變器的第一開(kāi)關(guān)管SA21的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G11、第三開(kāi)關(guān)管SAll的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G12、第五開(kāi)關(guān)管SA13的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13和第七開(kāi)關(guān)管SA23的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14分別為0000 ;
[0122]逆變器工作于第四模態(tài)V4時(shí),逆變器的第一開(kāi)關(guān)管SA21的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G11、第三開(kāi)關(guān)管SAll的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G12、第五開(kāi)關(guān)管SA13的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13和第七開(kāi)關(guān)管SA23的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14分別為0100 ;
[0123]逆變器工作于第四模態(tài)V5時(shí),逆變器的第一開(kāi)關(guān)管SA21的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G11、第三開(kāi)關(guān)管SAll的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G12、第五開(kāi)關(guān)管SA13的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13和第七開(kāi)關(guān)管SA23的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14分別為1000 ;
[0124]逆變器工作于第五模態(tài)V6時(shí),逆變器的第一開(kāi)關(guān)管SA21的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G11、第三開(kāi)關(guān)管SAll的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G12、第五開(kāi)關(guān)管SA13的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13和第七開(kāi)關(guān)管SA23的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14分別為1100。
[0125]需要說(shuō)明的是開(kāi)關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)脈沖O表示低電平,I表示高電平。
[0126]第二開(kāi)關(guān)管SA22的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖與第一開(kāi)關(guān)管SA21柵極驅(qū)動(dòng)脈沖Gll相同,第四開(kāi)關(guān)管SA12的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖與第三開(kāi)關(guān)管SAll柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G12相同,第六開(kāi)關(guān)管SA14的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖與第五開(kāi)關(guān)管SA13柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13相同,第八開(kāi)關(guān)管SA24的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖與第七開(kāi)關(guān)管SA23柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14相同。第九開(kāi)關(guān)管SA25的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖與第七開(kāi)關(guān)管SA23柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G14相反,第十開(kāi)關(guān)管SA26的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖與第一開(kāi)關(guān)管SA21柵極驅(qū)動(dòng)脈沖Gll相反,第十一開(kāi)關(guān)管SA15的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖與第五開(kāi)關(guān)管SA13柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13相反,第十二開(kāi)關(guān)管SA16的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖與第三開(kāi)關(guān)管SAll柵極驅(qū)動(dòng)脈沖G13相反。
[0127]當(dāng)對(duì)應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,當(dāng)對(duì)應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)為低電平時(shí)開(kāi)關(guān)管截止。
[0128]參見(jiàn)圖13,該圖為本發(fā)明提供的單相全橋五電平逆變器拓?fù)鋱D,單相全橋五電平逆變器由兩個(gè)五電平逆變器組成。
[0129]如圖13所示兩個(gè)五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連接在一起接在直流電源的正端,兩個(gè)五電平逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連接在一起接在直流電源的負(fù)端,兩個(gè)五電平逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連接在一起接在第一電容和第二電容的公共端,兩個(gè)交流輸出端分別作為單相全橋逆變器的兩個(gè)交流輸出端;
[0130]需要說(shuō)明的是,第一五電平逆變器由第一正弦波進(jìn)行調(diào)制,第二五電平逆變器由第二正弦波進(jìn)行調(diào)制。所述的第一正弦波和第二正弦波相位相差180度。
[0131]參見(jiàn)圖14,該圖為本發(fā)明提供的三相三線(xiàn)制全橋五電平逆變器拓?fù)鋱D,三相三線(xiàn)制全橋五電平逆變器由三個(gè)五電平逆變器組成。
[0132]如圖14所示三個(gè)五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連接在一起接在直流電源的正端,三個(gè)五電平逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連接在一起接在直流電源的負(fù)端,三個(gè)五電平逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連接在一起接在第一電容和第二電容的公共端,三個(gè)交流輸出端分別作為三相三線(xiàn)制全橋逆變器的三個(gè)交流輸出端;
[0133]需要說(shuō)明的是,第一五電平逆變器由第一正弦波進(jìn)行調(diào)制,第二五電平逆變器由第二正弦波進(jìn)行調(diào)制,第三五電平逆變器由第三正弦波調(diào)制。所述的第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波相位依次相差120度。
[0134]參見(jiàn)圖15,該圖為本發(fā)明提供的三相四線(xiàn)制全橋五電平逆變器拓?fù)鋱D,三相四線(xiàn)制全橋五電平逆變器由四個(gè)五電平逆變器組成。
[0135]如圖15所示四個(gè)五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連接在一起接在直流電源的正端,四個(gè)逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連接在一起接在直流電源的負(fù)端,四個(gè)逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連接在一起接在第一電容和第二電容的公共端,四個(gè)交流輸出端分別作為三相四線(xiàn)制全橋逆變器的四個(gè)交流輸出端。
[0136]圖16為本發(fā)明提供的單相七電平逆變器拓?fù)鋱D。
[0137]單相七電平逆變器是在五電平逆變器的基礎(chǔ)上拓展而來(lái),如圖16所示,單相七電平逆變器,在五電平逆變器的基礎(chǔ)上增加6個(gè)開(kāi)關(guān)管和2個(gè)電容,即將開(kāi)關(guān)管SA32的第二端與開(kāi)關(guān)管SA21的第一端連接,開(kāi)關(guān)管SA32的第一端與開(kāi)關(guān)管SA31的第二端連接,開(kāi)關(guān)管SA33的第一端與開(kāi)關(guān)管SA24的第二端連接,開(kāi)關(guān)管SA33的第二端與開(kāi)關(guān)管SA34的第一端連接,開(kāi)關(guān)管SA36的第一端與開(kāi)關(guān)管SA25的第一端連接,開(kāi)關(guān)管SA36的第二端與開(kāi)關(guān)管SA35的第二端連接,開(kāi)關(guān)管SA35的第一端與開(kāi)關(guān)管SA31的第一端通過(guò)電容CA31連接,開(kāi)關(guān)管SA35的第一端與開(kāi)關(guān)管SA34的第二端通過(guò)電容CA32連接,開(kāi)關(guān)管SA31的第一端連接直流電源的正端,開(kāi)關(guān)管SA34的第二端連接直流電源的負(fù)端。
[0138]類(lèi)似的可以利用單相七電平逆變器組成單相全橋七電平逆變器、三相三線(xiàn)制七電平逆變器和三相四線(xiàn)制七電平逆變器,由于電路連接方法和調(diào)制方法類(lèi)似此處不再贅述。
[0139]圖17為本發(fā)明提供的單相九電平逆變器拓?fù)鋱D。
[0140]單相九電平逆變器是在單相半橋七電平逆變器的基礎(chǔ)上拓展而來(lái),如圖17所示,單相九電平逆變器,在單相七電平逆變器的基礎(chǔ)上增加6個(gè)開(kāi)關(guān)管和2個(gè)電容,即將開(kāi)關(guān)管SA42的第二端與開(kāi)關(guān)管SA31的第一端連接,開(kāi)關(guān)管SA42的第一端與開(kāi)關(guān)管SA41的第二端連接,開(kāi)關(guān)管SA43的第一端與開(kāi)關(guān)管SA34的第二端連接,開(kāi)關(guān)管SA43的第二端與開(kāi)關(guān)管SA44的第一端連接,開(kāi)關(guān)管SA46的第一端與開(kāi)關(guān)管SA35的第一端連接,開(kāi)關(guān)管SA46的第二端與開(kāi)關(guān)管SA45的第二端連接,開(kāi)關(guān)管SA45的第一端與開(kāi)關(guān)管SA41的第一端通過(guò)電容CA41連接,開(kāi)關(guān)管SA45的第一端與開(kāi)關(guān)管SA44的第二端通過(guò)電容CA42連接,開(kāi)關(guān)管SA41的第一端連接直流電源的正端,開(kāi)關(guān)管SA44的第二端連接直流電源的負(fù)端。
[0141]類(lèi)似的可以利用單相九電平逆變器組成單相全橋九電平逆變器、三相三線(xiàn)制九電平逆變器和三相四線(xiàn)制九電平逆變器,由于電路連接方法和調(diào)制方法類(lèi)似此處不再贅述。
[0142]圖18為本發(fā)明提供的單相(2N+1)電平逆變器拓?fù)鋱D。
[0143]如圖18所示,(2N+1)電平逆變器包括N個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的單元,第N單元、第N_1單元、第N-2單元、……、第一單元依次連接,其中N為大于等于I的整數(shù);
[0144]每個(gè)單元具有第一端A、第二端B、第三端C、第四端D、第五端E和第六端F,每個(gè)單元包括第一模塊、第二模塊和第三模塊;第N單元的第二 B與第N-1單元的第一端A連接,第N單元的第三端C與第N-1單元的第四端D連接,第N單元的第六端F與第N-1單元的第五端E連接,第N-1單元的第二端B、第三端C和第六端F作為逆變器的輸出端,第N單元的第一端A與第五端E通過(guò)第NI電容CANl連接,第N單元的第一端A與第四端D通過(guò)第N2電容CAN2連接,第N單元的第一端A接直流電源的正端,第N單元的第四端D接直流電源的負(fù)端。
[0145]以第N單元為例,
[0146]所述第一模塊包括第NI開(kāi)關(guān)管SANl和第N2開(kāi)關(guān)管SAN2,第NI開(kāi)關(guān)管SANl的第一端作為單元的第一端A,第NI開(kāi)關(guān)管的SANl第二端與第N2開(kāi)關(guān)管SAN2的第一端連接,第二開(kāi)關(guān)管SAN2的第二端作為單元的第二端B ;第N單元中的第NI開(kāi)關(guān)管SANl的第一端與第N-1單元中的第N2開(kāi)關(guān)管SAN2的第二端連接(即第N單元的第二端B與第N-1單元中的第一端A連接)。
[0147]所述第二模塊包括第N3開(kāi)關(guān)管SAN3和第N4開(kāi)關(guān)管SAN4,第N3開(kāi)關(guān)管SAN3的第一端作為單元的第三端C,第N3開(kāi)關(guān)管SAN3的第二端與第N4開(kāi)關(guān)管SAN4的第一端連接,第N4開(kāi)關(guān)管SAN4的第二端作為單元的第四端D ;第N單元中的第三開(kāi)關(guān)管SAN3的第二端與第N-1單元中的第N4開(kāi)關(guān)管SAN4的第一端連接(即第N單元的第三端C與第N-1單元的第四端D連接)。
[0148]所述第三模塊包括第N5開(kāi)關(guān)管SAN5和第N6開(kāi)關(guān)管SAN6,第N5開(kāi)關(guān)管SAN5的第一端作為單元的第五端E,第N5開(kāi)關(guān)管SAN5的第二端與第N6開(kāi)關(guān)管SAN6的第一端連接,第N6開(kāi)關(guān)管SAN6的第二端作為單元的第六端F ;第N單元中的第N6開(kāi)關(guān)管SAN6的第二端與第N-1單元中的第N5開(kāi)關(guān)管SAN5的第一端連接(即第N單元的第六端F與第N-1單元的第五端E連接)。
[0149]第N單元、第N-1單元間的連接方式與第N-1單元、第N-2單元間的連接方式相同;所述開(kāi)關(guān)管為IGBT,所述第一端為集電極,第二端為發(fā)射極。
[0150]類(lèi)似的可以利用單相(2N+1)電平逆變器組成單相全橋(2N+1)電平逆變器、三相三線(xiàn)制(2N+1)電平逆變器和三相四線(xiàn)制(2N+1)電平逆變器,由于電路連接方法和調(diào)制方法類(lèi)似此處不再贅述。
[0151]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,并不用于限制本發(fā)明,顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種五電平逆變器,其特征在于:包括第一電容(CA21)、第二電容(CA22)、第三電容(CA11)、第四電容(CA12)、第一開(kāi)關(guān)管(SA21)、第二開(kāi)關(guān)管(SA22)、第三開(kāi)關(guān)管(SA11)、第四開(kāi)關(guān)管(SA12)、第五開(kāi)關(guān)管(SA23)、第六開(kāi)關(guān)管(SA24)、第七開(kāi)關(guān)管(SA23)、第八開(kāi)關(guān)管(SA24)、第九開(kāi)關(guān)管(SA25)、第十開(kāi)關(guān)管(SA26)、第十一開(kāi)關(guān)管(SA15)和第十二開(kāi)關(guān)管(SA16),每個(gè)開(kāi)關(guān)管的第一端與第二端均反向并聯(lián)一個(gè)二極管,直流電源的正端連接第一電容(CA21)的第一端,第一電容(CA21)串聯(lián)第二電容(CA22),第二電容(CA22)的第二端連接直流電源的負(fù)端; 第一開(kāi)關(guān)管(SA21)的第一端連接第一電容(CA21)的第一端,第一開(kāi)關(guān)管(SA21)的第二端連接第二開(kāi)關(guān)管(SA22)的第一端,第二開(kāi)關(guān)管(SA22)的第二端連接第一節(jié)點(diǎn); 第一節(jié)點(diǎn)連接第三開(kāi)關(guān)管(SA11)的第一端,第三開(kāi)關(guān)管(SA11)的第二端連接第四開(kāi)關(guān)管(SA12)的第一端,第四開(kāi)關(guān)管(SA12)的第二端連接交流輸出端; 交流輸出端連接第五開(kāi)關(guān)管(SA23)的第一端,第五開(kāi)關(guān)管(SA23)的第二端連接第六開(kāi)關(guān)管(SA24)的第一端,第六開(kāi)關(guān)管(SA24)的第二端連接第二節(jié)點(diǎn); 第二節(jié)點(diǎn)連接第七開(kāi)關(guān)管(SA23)的第一端,第七開(kāi)關(guān)管(SA23)的第二端連接第八開(kāi)關(guān)管(SA24)的第一端,第八開(kāi)關(guān)管(SA24)的第二端連接直流電源的負(fù)端; 第一電容(CA21)的第二端連接第九開(kāi)關(guān)管(SA25)的第一端,第九開(kāi)關(guān)管(SA25)的第二端連接第十開(kāi)關(guān)管(SA26)的第二端,第十開(kāi)關(guān)管(SA26)的第一端連接第三節(jié)點(diǎn); 第三節(jié)點(diǎn)連接第十一開(kāi)關(guān)管(SA15)的第一端,第十一開(kāi)關(guān)管(SA15)的第二端連接第十二開(kāi)關(guān)管(SA16)的第二端,第十二開(kāi)關(guān)管(SA16)的第一端連接交流輸出; 第一節(jié)點(diǎn)連接第三電容(CA11)的第一端,第三電容(CA11)的第二端連接第三節(jié)點(diǎn); 第二節(jié)點(diǎn)連接第四電容(CA12)的第二端,第四電容(CA12)的第一端連接第三節(jié)點(diǎn); 開(kāi)關(guān)管均為IGBT,所述第一端為集電極,第二端發(fā)射極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平逆變器,其特征在于:該五電平逆變器對(duì)應(yīng)的五個(gè)電平模態(tài)分別為: 第一模態(tài)V0:第五開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第七開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止; 第二模態(tài)VI或者V2:其中VI模態(tài)指第七開(kāi)關(guān)管、第八開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第i^一開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止;V2模態(tài)指第五開(kāi)關(guān)管、第六開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止; 第三模態(tài)V3:第九開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第i^一開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止; 第四模態(tài)V4或者V5:其中V4模態(tài)指第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十開(kāi)關(guān)管、第十一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止;V5模態(tài)指第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十一開(kāi)關(guān)管、第十二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止; 第五模態(tài)V6:第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管、第九開(kāi)關(guān)管、第十一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,其余開(kāi)關(guān)管均截止。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的五電平逆變器的調(diào)制方法,其特征在于: 當(dāng)正弦波大于第一三角波時(shí)五電平逆變器工作于第五模態(tài)V6 ; 當(dāng)正弦波小于第一三角波而大于第二三角波時(shí)五電平逆變器工作于第四模態(tài)V4或者
V5 ; 當(dāng)正弦波小于第二三角波而大于第三三角波時(shí)五電平逆變器工作于第三模態(tài)V3 ; 當(dāng)正弦波小于第三三角波而大于第四三角波時(shí)五電平逆變器工作于第二模態(tài)VI或者V2 ; 當(dāng)正弦波小于第四三角波時(shí)五電平逆變器工作于第一模態(tài)V0。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五電平逆變器的調(diào)制方法,其特征在于: 當(dāng)五電平逆變器工作于第四模態(tài)V4或者V5,如果逆變器的第三電容的實(shí)際電壓與設(shè)定值電壓的偏差和逆變器輸出電流的乘積大于零,則逆變器工作于第四模態(tài)V4,否則逆變器工作于第四模態(tài)V5 ; 當(dāng)五電平逆變器工作于第二模態(tài)VI或者V2,如果逆變器的第四電容的實(shí)際電壓與設(shè)定值電壓的偏差和逆變器輸出電流的乘積大于零,則逆變器工作于第二模態(tài)VI,否則逆變器工作于第二模態(tài)V2。
5.一種多電平逆變器,其特征在于:包括2個(gè)如權(quán)利要求1所述的五電平逆變器,即第一五電平逆變器和第二五電平逆變器, 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接直流電源的正端;第一五電平逆變器和第二五電平逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連在一起,且均連接直流電源的負(fù)端; 第一五電平逆變器和第二五電平逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接第一電容和第二電容的公共端; 第一五電平逆變器和第二五電平逆變器的交流輸出端分別作為該多電平逆變器的兩個(gè)交流輸出端。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求5所述的多電平逆變器的調(diào)制方法,其特征在于:所述第一五電平逆變器由第一正弦波進(jìn)行調(diào)制,所述第二五電平逆變器由第二正弦波進(jìn)行調(diào)制,第一正弦波和第二正弦波相位相差180度。
7.一種多電平逆變器,其特征在于:包括3個(gè)如權(quán)利要求1所述的五電平逆變器,即第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器, 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接直流電源的正端; 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連在一起,且均連接直流電源的負(fù)端; 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接第一電容和第二電容的公共端; 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器和第三五電平逆變器的交流輸出端分別作為該多電平逆變器的三個(gè)交流輸出端。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的逆變器的調(diào)制方法,其特征在于:所述第一五電平逆變器由第一正弦波進(jìn)行調(diào)制,所述第二五電平逆變器由第二正弦波進(jìn)行調(diào)制,所述第三五電平逆變器由第三正弦波進(jìn)行調(diào)制,第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次相差120 度。
9.一種多電平逆變器,其特征在于:包括4個(gè)如權(quán)利要求1所述的五電平逆變器,分別是第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器; 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器的第一開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接直流電源的正端; 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器的第八開(kāi)關(guān)管的第二端連在一起,且均連接直流電源的負(fù)端; 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器的第九開(kāi)關(guān)管的第一端連在一起,且均連接第一電容和第二電容的公共端; 第一五電平逆變器、第二五電平逆變器、第三五電平逆變器和第四五電平逆變器的交流輸出端分別作為該多電平逆變器的四個(gè)交流輸出端。
10.一種(2N+1)電平逆變器,其特征在于: 包括N個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的單元,第N單元、第N-1單元、第N-2單元、……、第一單元依次連接,其中N為大于等于1的整數(shù); 每個(gè)單元具有第一端(A)、第二端(B)、第三端(C)、第四端(D)、第五端(E)和第六端(F),每個(gè)單元包括第一模塊、第二模塊和第三模塊;第N單元的第二(B)與第N-1單元的第一端㈧連接,第N單元的第三端(C)與第N-1單元的第四端⑶連接,第N單元的第六端(F)與第N-1單元的第五端(E)連接,第N-1單元的第二端(B)、第三端(C)和第六端(F)作為逆變器的輸出端,第N單元的第一端(A)與第五端E通過(guò)第N1電容(CAN1)連接,第N單元的第一端㈧與第四端⑶通過(guò)第N2電容(CAN2)連接,第N單元的第一端㈧接直流電源的正端,第N單元的第四端⑶接直流電源的負(fù)端; 所述第一模塊包括第N1開(kāi)關(guān)管(SAN1)和第N2開(kāi)關(guān)管(SAN2),第N1開(kāi)關(guān)管(SAN1)的第一端作為單元的第一端(A),第N1開(kāi)關(guān)管(SAN1)的第二端與第N2開(kāi)關(guān)管(SAN2)的第一端連接,第N2開(kāi)關(guān)管(SAN2)的第二端作為單元的第二端(B);第N單元中的第N1開(kāi)關(guān)管(SAN1)的第一端與第N-1單元中的第N2開(kāi)關(guān)管(SAN2)的第二端連接; 所述第二模塊包括第N3開(kāi)關(guān)管(SAN3)和第N4開(kāi)關(guān)管(SAN4),第N3開(kāi)關(guān)管(SAN3)的第一端作為單元的第三端(C),第N3開(kāi)關(guān)管(SAN3)的第二端與第N4開(kāi)關(guān)管(SAN4)的第一端連接,第N4開(kāi)關(guān)管(SAN4)的第二端作為單元的第四端(D);第N單元中的第N3開(kāi)關(guān)管(SAN3)的第二端與第N-1單元的第N4開(kāi)關(guān)管(SAN4)的第一端連接; 所述第三模塊包括第N5開(kāi)關(guān)管(SAN5)和第N6開(kāi)關(guān)管(SAN6),第N5開(kāi)關(guān)管(SAN5)的第一端作為單元的第五端(E),第N5開(kāi)關(guān)管(SAN5)的第二端與第N6開(kāi)關(guān)管(SAN6)的第一端連接,第N6開(kāi)關(guān)管(SAN6)的第二端作為單元的第六端(F);第N單元中的第N6開(kāi)關(guān)管(SAN6)的第二端與第N-1單元的第N5開(kāi)關(guān)管(SAN5)的第一端連接; 第N單元、第N-1單元間的連接方式與第N-1單元、第N-2單元間的連接方式相同; 所述開(kāi)關(guān)管為IGBT,所述第一端為集電極,第二端為發(fā)射極。
【文檔編號(hào)】H02M7/00GK104270025SQ201410508928
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】繩偉輝, 干永革, 童高, 郝亞川 申請(qǐng)人:中冶賽迪電氣技術(shù)有限公司