簡化的五電平電壓源逆變器的製作方法

2023-04-29 15:44:21

專利名稱：簡化的五電平電壓源逆變器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種五電平電壓源逆變器，屬於電力電子變換器領域。
背景技術：
多電平變換器具有器件電壓應力低、輸出波形總諧波畸變率(total harmonicdistortion, THD)低、系統電磁幹擾(electromagnetic interference, EMI)小、損耗小等優點，受到併網發電、新能源、燃料電池、交流電機調速領域的極大關注。多電平變換器分為二極體鉗位型、飛跨電容型和級聯型3種基本類型。隨著電平數增加，其所需鉗位器件數成2倍甚至平方關係增長，除了增加系統成本和控制複雜度外，大量的器件意味著發生故障的可能性增大。而為了獲得更高電平的輸出，人們通常需要更為複雜的拓撲結構，這一缺點限制了多電平技術的應用。

發明內容
本發明解決了現有的五電平電壓源逆變器拓撲結構複雜、使用器件數量多的問題，提出了簡化的五電平電壓源逆變器。本發明由直流電源、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、五電平降壓電路和兩電平電壓源逆變電路組成，電容Cl、電容C2、電容C3和電容C4串聯後與直流電源的兩個輸出端並聯，所述電容Cl、電容C2、電容C3和電容C4的電容量相同,五電平降壓電路的第一輸入端與直流電源的正極相連，五電平降壓電路的第二輸入端與電容Cl和電容C2的連接端相連，五電平降壓電路的第三輸入端與電容C2和電容C3的連接端相連，五電平降壓電路的第四輸入端與電容C3和電容C4的連接端相連，五電平降壓電路的第五輸入端與直流電源的負極相連，五電平降壓電路的第一輸出端與兩電平電壓源逆變電路的第一輸入端相連，五電平降壓電路的第二輸出端與兩電平電壓源逆變電路的第二輸入端相連。現有的五電平逆變器其結構複雜，每一相輸出橋臂都需要8個IGBT開關和6個鉗位二極體；而本發明的新型拓撲結構在嵌入降階電路之後，每相橋臂僅僅需要兩個IGBT開關且不需要任何的鉗位二級管，大大簡化了逆變器的拓撲結構。本發明簡化了五電平的拓撲結構，降低了器件的數量，並且實現了更高電平的輸出，使得多電平技術得到更好、更廣泛的應用。


圖1是簡化的五電平電壓源逆變器的拓撲結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的簡化的五電平電壓源逆變器，它由直流電源1、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、五電平降壓電路2和兩電平電壓源逆變電路3組成，電容Cl、電容C2、電容C3和電容C4串聯後與直流電源I的兩個輸出端並聯，所述電容Cl、電容C2、電容C3和電容C4的電容量相同,五電平降壓電路2的第一輸入端P與直流電源I的正極相連，五電平降壓電路2的第二輸入端與電容Cl和電容C2的連接端O1相連，五電平降壓電路2的第三輸入端與電容C2和電容C3的連接端O2相連，五電平降壓電路2的第四輸入端與電容C3和電容C4的連接端O3相連，五電平降壓電路2的第五輸入端N與直流電源I的負極相連，五電平降壓電路2的第一輸出端與兩電平電壓源逆變電路3的第一輸入端P』相連，五電平降壓電路2的第二輸出端與兩電平電壓源逆變電路3的第二輸入端N』相連。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一所述的簡化的五電平電壓源逆變器的不同點在於，所述五電平降壓電路2是由九個IGBT開關Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6、Sb7、Sb8和Sb9組成,所述第一 IGBT開關Sbi的集電極作為五電平降壓電路2的第一輸入端P，第一IGBT開關Sbi的發射極與第二 IGBT開關Sb2的集電極相連後作為五電平降壓電路2的第一輸出端，第二 IGBT開關Sb2的發射極同時與第三IGBT開關Sb3的發射極和第四IGBT開關Sb4的集電極相連，所述第三IGBT開關Sb3的集電極作為五電平降壓電路2的第二輸入端，第四IGBT開關Sb4的發射極同時與第五IGBT開關Sb5的集電極和第六IGBT開關Sb6的集電極相連，所述第五IGBT開關Sb5的發射極作為五電平降壓電路2的第三輸入端，第六IGBT開關Sb6的發射極同時與第七IGBT開關Sb7的集電極和第八IGBT開關Sb8的集電極相連，所述第七IGBT開關Sb7的發射極作為五電平降壓電路2的第四輸入端，第八IGBT開關Sb8的發射極端與第九IGBT開關Sb9的集電極端相連後作為五電平降壓電路2的第二輸出端，第九IGBT開關Sb9的發射極端作為五電平降壓電路2的第五輸入端N。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
二所述的簡化的五電平電壓源逆變器的不同點在於，所述五電平降壓電路2的九個IGBT開關的狀態與所述五電平降壓電路2的兩個輸出端輸出的兩個電平和\之間的關係如表一所不:表一
權利要求
1.簡化的五電平電壓源逆變器，其特徵在於，它由直流電源(I)、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、五電平降壓電路(2 )和兩電平電壓源逆變電路(3 )組成， 電容Cl、電容C2、電容C3和電容C4串聯後與直流電源(I)的兩個輸出端並聯，所述電容Cl、電容C2、電容C3和電容C4的電容量相同，五電平降壓電路(2)的第一輸入端(P)與直流電源(I)的正極相連，五電平降壓電路(2)的第二輸入端與電容Cl和電容C2的連接端(O1)相連，五電平降壓電路(2)的第三輸入端與電容C2和電容C3的連接端(O2)相連，五電平降壓電路(2)的第四輸入端與電容C3和電容C4的連接端(O3)相連，五電平降壓電路(2)的第五輸入端(N)與直流電源(I)的負極相連，五電平降壓電路(2)的第一輸出端與兩電平電壓源逆變電路(3)的第一輸入端(P』 )相連，五電平降壓電路(2)的第二輸出端與兩電平電壓源逆變電路(3)的第二輸入端(N』)相連。
2.根據權利要求1所述的簡化的五電平電壓源逆變器，其特徵在於，所述五電平降壓電路(2)是由九個 IGBT 開關(SB1、SB2, SB3> SB4、SB5、SB6、SB7、SB8 和 SB9)組成，所述第一 IGBT開關(Sbi)的集電極作為五電平降壓電路(2)的第一輸入端(P)，第一 IGBT開關(Sbi)的發射極與第二 IGBT開關(Sb2)的集電極相連後作為五電平降壓電路(2)的第一輸出端，第二IGBT開關(Sb2)的發射極同時與 第三IGBT開關(Sb3)的發射極和第四IGBT開關(Sb4)的集電極相連，所述第三IGBT開關(Sb3)的集電極作為五電平降壓電路(2)的第二輸入端，第四IGBT開關(Sb4)的發射極同時與第五IGBT開關(Sb5)的集電極和第六IGBT開關(Sb6)的集電極相連，所述第五IGBT開關(Sb5)的發射極作為五電平降壓電路(2)的第三輸入端，第六IGBT開關(Sb6)的發射極同時與第七IGBT開關(Sb7)的集電極和第八IGBT開關(Sb8)的集電極相連，所述第七IGBT開關(Sb7)的發射極作為五電平降壓電路(2)的第四輸入端，第八IGBT開關(Sb8)的發射極端與第九IGBT開關(Sb9)的集電極端相連後作為五電平降壓電路(2)的第二輸出端，第九IGBT開關(Sb9)的發射極端作為五電平降壓電路(2)的第五輸入端(N)。
3.根據權利要求2所述的簡化的五電平電壓源逆變器，其特徵在於，所述五電平降壓電路(2)的九個IGBT開關的狀態與所述五電平降壓電路(2)的兩個輸出端輸出的兩個電平V P，和VN，之間的關係如表一所不: 表一
4.根據權利要求1所述的簡化的五電平電壓源逆變器，其特徵在於，所述兩電平電壓源逆變電路(3)為三相逆變橋電路。
5.根據權利要求4所述的簡化的五電平電壓源逆變器，其特徵在於，所述兩電平電壓源逆變電路(3)的三個橋臂中每一相橋臂的上下兩個開關管(Sxp和Sxn)的狀態、五電平降壓電路的九個IGBT開關的狀態與所述兩電平電壓源逆變電路(3)輸出端電壓Vx。之間的關係如表二所示， 表二
全文摘要
簡化的五電平電壓源逆變器，涉及一種五電平電壓源逆變器，屬於電力電子變換器領域。本發明解決了現有的五電平電壓源逆變器拓撲結構複雜、使用器件數量多的問題。簡化的五電平電壓源逆變器的四個電容串聯後與直流電源的兩個輸出端並聯，五電平降壓電路的第一輸入端與直流電源的正極相連，五電平降壓電路的第二輸入端與電容C1和電容C2的連接端相連，五電平降壓電路的第三輸入端與電容C2和電容C3的連接端相連，五電平降壓電路的第四輸入端與電容C3和電容C4的連接端相連，五電平降壓電路的第五輸入端與直流電源的負極相連，五電平降壓電路的兩個輸出端分別與兩電平電壓源逆變電路的兩個輸入端相連。本發明適用於中高壓、大功率的應用場合。
文檔編號H02M7/483GK103078541SQ20131001741
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者劉洪臣, 盧志國, 王國立, 楊爽, 蘇振霞 申請人:哈爾濱工業大學