[发明专利]一种基于桥式开关电容模块的三电平自平衡逆变器

说明书

本发明公开了一种基于桥式开关电容模块的三电平自平衡逆变器。该款逆变器将开关电容升压模块和半桥逆变模块结合起来，实现了幅值为4倍输入电压的输出。通过在开关电容升压模块中引入箝位电容实现了母线电容电压的自平衡。与传统三电平逆变器相比，上述逆变器解决了母线电容电压不平衡问题，提升了输出波形的质量和逆变器稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于桥式开关电容模块的三电平逆变器。尤其涉及三电平逆变器拓扑与三电平逆变器对应的控制策略。

背景技术

改善我国能源短缺，资源利用率低的现状成为工业化转型所必须解决的问题。电力系统中不可避免的会产生谐波，电网中大量谐波使公用电网中的电力设备效率降低，造成了发电、输电及用电设备的不必要损耗。大量的的低次谐波将造成传输线路过热，严重时发生火灾危及电网系统的安全运行。如何降低电网谐，提高电能利用率成为电力电子设备有待解决的问题。

逆变器作为重要的电力电子设备，在电力系统，轨道交通，新能源并网等方面发挥着重要的作用。目前两电平逆变器在新能源并网中仍然应用广泛。虽然其具有结构简单、技术成熟、易与维护等优点，但是也存在着开关应力大，输出谐波失真大，电压容量小等不足。鉴于两电平逆变器在其应用领域上存在以上的不足，多电平逆变器以其输出电压波形所含谐波少，工作效率高等优势成为当前研究领域的热点。在输出相同质量波形的前提下多电平逆变器具有开关频率低，开关损耗少的优点。同时由于电平数的增多降低了单个开关器件所需承受的电压应力，使的多电平逆变器能更好的适用于高压系统。近年来有关多电平逆变器的种种拓扑层出不穷。与同类相比三电平逆变器具有开关数量少，控制策略灵活的优点因而成为最具有实用意义的多电平逆变器。其在变频调速、新能源汽车、综合潮流控制、新能源并网等领域都有着良好的应用前景。

三电平逆变器结构最早于1977由德国学者Holtz提出，中文直译为三点式电路。三点式电路的缺点是需要两个独立的电源。其后1980年日本学者Nabae提出了利用二极管箝位的中点箝位逆变器，中点箝位主要有三种基本拓扑：二极管箝位型、电容箝位型、混合箝位型。其中电容箝位型电路存在着中点电压不平衡的问题，需要额外设计复杂的电压平衡控制策略而不易推广。2000年中国学者彭方正提出了一种自带电容电压自平衡的电容箝位逆变拓扑，在无需附加电容电压平衡电路或调整控制策略的前提下实现了电容电压的自平衡。减少了开关器件的数量，降低了器件导通损耗，有助于实现逆变器的集成化。

发明内容

本发明公开了种基于桥式开关电容模块的三电平自平衡逆变器，将开关电容模块与电容箝位电路有机结合。在实现电容电压自平衡的基础上，实现4倍升压输出。开关电容模块中的电容既用于升压的同时亦可起到电能回馈补偿的作用，减少了电路元件的数目。同时解决母线电压平衡的问题，消除中点电位的低频波动，减小逆变器输出的低频谐波，提升了输出波形的质量。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于桥式开关电容模块的三电平自平衡逆变器，包括：桥式开关电容模块与一半桥电路；

所述桥式开关电容模块包含H桥和基本开关电容模块；其中H桥由四个高频开关管S₁、S₂、S₃、S₄组成；基本开关电容模块包括由串联连接的第一电容C_1a和第二电容C_1b组成的第一电容网络、由串联连接的第三电容C_2a和第四电容C_2b组成的第二电容网络，以及四个全控开关管S_1A、S_1B、S_2A、S_2B；