[发明专利]一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法。在调制中，将正弦调制波v_ref取绝对值得到的调制波v_m与三角载波v_ca、v_cb′、v_cr1′、v_cr2′和电压恒值2E进行比较，得到五个逻辑脉冲信号A、B、R₁、R₂、P，正弦调制波v_ref与零电压比较得极性脉冲信号D，将逻辑脉冲信号和极性脉冲信号经过驱动逻辑运算电路来产生一种优化的PWM驱动信号。在稳压控制中，辅助单元直流侧电压采样信号V_dc1、V_dc2与电压基准信号V_dc1*、V_dc2*进行运算得到的信号对三角载波v_cb、v_cr1、v_cr2的幅值进行实时调节，进而结合调制实现辅助单元的稳压控制。本发明的控制方法可以控制电容电压稳定，且使逆变器输出电平数及输出电压等效开关频率增加，改善系统的输出特性。

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单电源二进制混合级联H桥多电平逆变器的调制及稳压控制方法。

背景技术

传统的两电平功率变换技术由于受功率器件耐压、输出电压谐波性能等影响而不适用于高压大功率场合，而多电平功率变换技术减小了功率器件的电压应力，减少了输出电压的谐波含量，降低了dv/dt所造成的电磁干扰，成为高压大功率变换技术的研究热点。

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。级联H桥型逆变器不存在电压不均衡问题，也无需钳位二极管或飞跨电容，它是多电平逆变器中输出同样数量电平而所需器件最少的一种，并且具有模块化和相电压冗余等特点，但它需要多个隔离的直流电源。为了减小输入电流的总谐波畸变，往往需要设计复杂的工频移相变压器，使得变换器成本提高。相比等压级联H桥型拓扑而言，直流侧电压不等的混合级联H桥拓扑能以较少的功率器件和直流电源，输出较多的电平数，在高压大功率变换领域具有较大的应用价值和广阔的发展前景。

图1所示是一种混合级联H桥多电平逆变器拓扑，其由n个H桥单元级联而成。与传统的等压级联H桥型拓扑不同的是，该拓扑级联单元直流侧电压比呈二进制规律变化，即V_dc1∶V_dc2∶V_dc3∶…∶V_dcn＝1∶2∶4∶…∶2^n-1。此外，前n-1个级联单元为辅助单元，直流侧均为电容，第n个级联单元为主功率单元，直流侧为电压源。因此，该逆变器只需要单个直流源。

调制策略是多电平变流器研究领域的关键技术，它与逆变器的拓扑结构相辅相成，直接决定着逆变器输出波形质量的好坏和系统效能的高低。对于图1所示拓扑，采用本发明的调制方法可以实现：1)逆变器输出电平数增加。除辅助单元以外，单个主功率单元可以输出三个电平，加入n-1个辅助单元之后，该逆变器的输出电平数可达2ⁿ+1，即输出电平数随着级联单元个数呈指数规律上升。2)输出电压等效开关频率增加。主功率单元采用单极性调制，输出开关频率为开关管的实际开关频率，加入n-1个辅助单元之后，逆变器输出电压的等效开关频率为主功率单元开关管实际开关频率的2^n-1倍。

在本发明的调制方法中，辅助单元不提供有功，只补偿高频谐波无功，改善输出电压的谐波特性，负载需要的有功功率由第n个电压等级最高的单元即主功率单元提供。此外，结合调制方法，本发明给出了相应的辅助单元的稳压控制方法，可以将辅助单元的直流侧电压有效地稳定在给定值。因此，本发明的调制及稳压控制方法对于减少逆变器直流源个数，提高输出电压波形质量具有重要的意义。本发明以3个级联单元为例详细分析该拓扑的调制原理及稳压控制方法。

发明内容

发明目的