[发明专利]一种新型两级式多电平功率逆变系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型两级式多电平功率逆变系统，属于电能变换技术领域。

背景技术

功率逆变器系统（又称变频器）是电机驱动、并网、孤岛电网等系统的核心部件。传统的电机驱动、并网、孤岛电网等系统由直流电源接全桥逆变器进行供电，并通过对全桥逆变器的PWM调制实现逆变输出。

然而传统的全桥逆变器控制效果不佳，主要有以下四点原因：

1. 传统的直流电源接全桥逆变器的方式只能实现降压输出，若负载端电压等级较高，则传统的全桥逆变器无法满足其输出要求；

2. 传统的全桥逆变器输入电流为断续电流且存在低频脉动，会增加直流电源的输出纹波，且会降低直流电源的可靠性；

3. 采用两电平全桥逆变器时，若开关频率较低，则电流谐波较大，严重增加系统损耗，降低系统可靠性；

4. 采用钳位型多电平逆变器时，有中点电压振荡甚至趋于不平衡的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型两级式多电平功率逆变系统，能够实现电源端升压输出，满足高电压等级的负载要求；平滑逆变系统给的输入电流，使输入电流不会对直流电源的性能和可靠性造成影响；在较低的开关频率下实现中点电压的主动控制，避免中点电压不平衡的现象出现；在较低的开关频率下获得较小谐波电流，提高系统能效。另外在性能要求极高的场合，可以通过变中点电压控制，使得多电平逆变器在全输出范围内均能获得更小的电流谐波，实现高品质逆变输出。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种新型两级式多电平功率逆变系统，包括依次连接的前级多路输出DC-DC变换器、后级多电平逆变器以及负载，其中：

前级多路输出DC-DC变换器包括直流电源U_d、电感L、第一开关管T₁至第N开关管T_N、第一二极管D₁至第N二极管D_N、第一电容C₁至第N电容C_N，其中，直流电源U_d的阳极与电感L的一端相连，第N开关管T_N的漏极与电感L的另一端相连，第N开关管T_N至第一开关管T₁依次串联；第一二极管D₁至第N二极管D_N的阳极分别与第一开关管T₁至第N开关管T_N的漏极相连，第一二极管D₁至第N二极管D_N的阴极分别与第一电容C₁至第N电容C_N的正极相连，第一电容C₁至第N电容C_N的负极分别与直流电源U_d的阴极相连，第一电容C₁至第N电容C_N的负极分别与第一开关管T₁的源极相连；

后级多电平逆变器包括第一输入端子至第N输入端子以及GND端，其中，第一输入端子至第N输入端子分别与第一电容C₁至第N电容C_N的正极相连，GND端分别与第一电容C₁至第N电容C_N的负极相连。

作为本发明的进一步优化方案，第i开关管T_i的源极与第i-1开关管T_i-1的漏极连接，其中，i=2,3，…，N。