[发明专利]用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构

摘要

本发明公开了一种用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构，具体包括12组电力电子开关、2个直流母线电容、6个反馈二极管、以及3个钳位电容。本发明的多电平变流器拓扑结构，通过增加功率开关的开关模式数量，减小了飞跨电容电压均衡控制的难度，提高了控制灵活性；可以采用正弦波PWM调制实现逆变器功能，有利于飞跨电容电压的平衡控制，在光伏发电系统、微电网、风力发电、燃料电池并网发电系统、主动配电网等场合均有广阔的应用前景。

主权项

1.一种用于新能源接入和主动配电网的多电平变流器拓扑结构，具体包括12组电力电子开关Q_a1、Q_b1、Q_c1、Q_a2、Q_b2、Q_c2、Q_a3、Q_b3、Q_c3、Q_a4、Q_b4、Q_c4、2个直流母线电容C_d1、C_d2、6个反馈二极管D_a2、D_b2、D_c2、D_a3、D_b3、D_c3、以及3个钳位电容C_xa、C_xb、C_xc，其中，所述的电力电子开关包括一个三极管和一个钳位二极管，所述三极管的集电极与所述钳位二极管的阴极相连作为所述电力电子开关的第一端子，所述三极管的发射极与所述钳位二极管的阳极相连作为所述电力电子开关的第二端子，所述三极管的基极接外部的PWM控制信号；第一组电力电子开关Q_a1的第一端子、第二组电力电子开关Q_b1的第一端子、第三组电力电子开关Q_c1的第一端子与第一直流母线电容C_d1的第一端相连接，作为所述拓扑结构的第一输入端；所述第一组电力电子开关Q_a1的第二端子、第四组电力电子开关Q_a2的第一端子、第一反馈二极管D_a2的阴极与第一钳位电容C_xa的第一端相连；所述第二组电力电子开关Q_b1的第二端子、第五组电力电子开关Q_b2的第一端子、第二反馈二极管D_b2的阴极与第二钳位电容C_xb的第一端相连；所述第三组电力电子开关Q_c1的第二端子、第六组电力电子开关Q_c2的第一端子、第三反馈二极管Q_c2的阴极与第三钳位电容C_xc的第一端相连；所述第一反馈二极管D_a2的阳极、第二反馈二极管D_b2的阳极、第三反馈二极管D_c2的阳极、第四反馈二极管D_a3的阴极、第五反馈二极管D_b3的阴极、第六反馈二极管Q_c3的阴极与第一直流母线电容C_d1的第二端相连接；所述第四组电力电子开关Q_a2的第二端子与第七组电力电子开关Q_a3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第一输出端；所述第五组电力电子开关Q_b2的第二端子与第八组电力电子开关Q_b3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第二输出端；所述第六组电力电子开关Q_c2的第二端子与第九组电力电子开关Q_c3的第一端子相连接，作为所述拓扑结构的第三输出端；所述第一钳位电容C_xa的第二端、第四反馈二极管D_a3的阳极、第七组电力电子开关D_a3的第二端子与第十组电力电子开关Q_a4的第一端子相连；所述第二钳位电容C_xb的第二端、第五反馈二极管D_b3的阳极、第八组电力电子开关Q_b3的第二端子与第十一组电力电子开关Q_b4的第一端子相连；所述第三钳位电容C_xc的第二端、第六反馈二极管D_c3的阳极、第九组电力电子开关Q_c3的第二端子与第十二组电力电子开关Q_c4的第一端子相连；所述第一反馈二极管D_a2的阳极、第二反馈二极管D_b2的阳极、第三反馈二极管D_c2的阳极、第一直流母线电容C_d1的第二端与第二直流母线电容C_d2的第一端相连接；第二直流母线电容C_d2的第二端与第十组电力电子开关Q_a4的第二端子、第十一组电力电子开关Q_b4的第二端子和第十二组电力电子开关Q_c4的第二端子相连，作为所述拓扑结构的第二输入端；B相和C相的开关状态与输出电平的关系与A相同理，在A相中，当为矢量P时，Q_a1、Q_a2导通，Q_a3、Q_a4关断，若C_xa的电压低于E/2，则C_d1对C_xa进行充电；其中，E表示直流电源电压；当为零矢量OA时，Q_a2、Q_a4导通，Q_a1、Q_a3关断，若C_xa的电压低于E/2，则C_d2对C_xa进行充电；当为零矢量OB时，Q_a1、Q_a3导通，Q_a2、Q_a4关断，若C_xa的电压低于E/2，则C_d1对C_xa进行充电；当为矢量N时，Q_a3、Q_a4导通，Q_a1、Q_a2关断，若C_xa的电压低于E/2，则C_d2对C_xa进行充电；C_xa分别和反馈二极管D_a2或D_a3构成了钳位电路，使开关管Q_a2或Q_a3关断时产生的过电压被钳位，C_xa的电压和C_d1C_d2相同；采用SPWM方式进行调制，将调制波u_ra与两个相位相差180°的三角载波CA₁，CA₂比较：若u_ra>CA₁，则输出逻辑1；若u_ra≤CA₁，则输出逻辑0；u_ra与CA₂的比较同理；若两个逻辑输出相加为2，则输出开关矢量(Qa1，Qa3，Qa2，Qa4)＝(1，1，0，0)，对应矢量P；若两个逻辑输出相加为0，则输出开关矢量(Q_a1，Q_a3，Q_a2，Q_a4)＝1(0，0，1，1)，对应矢量N；如果两个逻辑输出相加为1，判断调制波u_ra是否大于0：u_ra>0时，输出开关矢量(Q_a1，Q_a3，Q_a2，Q_a4)＝(1，0，1，0)，对应矢量OB；u_ra≤0时，输出开关矢量(Q_a1，Q_a3，Q_a2，Q_a4)＝(0，1，0，1)，对应矢量OA。