[发明专利]一种适用于混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法

说明书

本发明公开了一种适用于电压比为1∶1∶3∶3类型的混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法。该方法首先将基准正弦信号v_ref取绝对值得调制信号v_m，调制信号v_m与主三角载波信号v_ca、v_cb，辅三角载波信号v_cr1、v_cr2、v_cr3、v_cr4和电压恒值3E进行比较，得到七个逻辑脉冲信号A、B、R₁、R₂、R₃、R₄、P，基准正弦信号v_ref与零电压比较得极性脉冲信号D。然后将这七个逻辑脉冲信号和极性脉冲信号经过驱动逻辑分配单元来产生一种优化的PWM驱动信号。本发明的方法可以保证所述多电平逆变器在满足主功率单元功率均衡分配的情况下，通过加入两个辅助单元实现逆变器输出电平数的增加及输出电压的三倍频作用。

技术领域

本发明属于多电平变流器PWM技术领域，具体涉及一种适用于电压比为1∶1∶3∶3类型的混合级联H桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法。

背景技术

随着高压大功率应用领域对变换器性能要求的不断提高，多电平逆变技术能够使用耐压低、频率高的开关器件满足高压场合而受到广泛关注。常见的多电平变换器有二极管钳位型、飞跨电容型和级联H桥型等。随着输出电平数的增加，传统的多电平逆变器所需开关器件数量多，结构复杂，很大程度上限制了其实用化。混合级联多电平逆变器与传统的多电平逆变器相比，在输出相同电平数的情况下，减少了开关器件与直流源的数量，简化了系统结构，节约了成本，是多电平逆变器的发展方向。

由于各级联单元相互独立，当传递有功功率时，需要考虑功率均衡问题。调制方法本身的特性造成了各个级联单元输出功率不同，使得电池充放电不平衡，引起如蓄电池，太阳能电池等输入电源间电压差别增大，造成逆变器输出特性变差，同时还会引起各单元电池使用寿命不相同，致使系统维护成本增加，因此需要对各个级联单元输出功率进行均衡控制。研究发现，载波移相调制用于等压级联H桥型拓扑时可以自然实现功率均衡，但对于直流侧电压不等的混合级联H桥拓扑而言，该方法难以直接采用。

图1所示是一种直流侧电压比为1∶1∶3∶3类型的混合级联H桥多电平逆变器拓扑，其由n个H桥单元级联而成。所谓1∶1∶3∶3类型是指在该混合级联逆变器中，单元1和单元2为辅助单元，直流侧均为电容，且直流侧电压V_dc1＝V_dc2＝E；其余n-2个级联单元为主功率单元，直流侧均为电压源，且直流侧电压V_dc3＝V_dc4＝…＝V_dcn＝3E。级联单元的交流侧输出电压为v_oi(i＝1，2，3，…，n)，逆变器的交流侧输出电压为v_o。

采用本发明的三倍频载波移相调制方法在满足主功率单元输出功率均衡分配的基础之上，通过加入两个辅助单元可以实现：1)输出电平数的增加。除两个辅助单元以外，其余n-2个主功率单元的总输出电平数为2(n-2)+1，加上辅助单元之后，总输出电平数可达6(n-2)+1。2)输出电压等效开关频率增加。采用本发明的调制方法，n-2个主功率单元输出等效开关频率原本为开关管实际开关频率的n-2倍。加上两个辅助单元之后，逆变器输出电压等效开关频率为主功率单元开关管实际开关频率的3(n-2)倍。

因此，本发明在保持主功率单元输出功率均衡分配的同时，通过加入两个辅助单元大大提高了系统的输出特性，具有重要的理论及现实意义。本发明以4个级联单元为例，详细分析适用于该类型拓扑的三倍频载波移相调制原理及实现方法。

发明内容

发明目的