一種半橋級聯(lián)型多電平逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力電子及非線性控制領(lǐng)域，具體涉及一種半橋級聯(lián)型多電平逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變器的應(yīng)用越來越廣泛。而多電平逆變器由于輸出容量大、輸出電壓電流諧波含量少、開關(guān)管承受反向電壓低等優(yōu)點(diǎn)，在中高壓調(diào)速及新能源發(fā)電等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。多電平逆變器具有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，目前主要有二極管箝位型多電平逆變器、電容箝位型多電平逆變器、級聯(lián)型多電平逆變器等。與二極管箝位型和電容箝位型多電平逆變器相比，H橋級聯(lián)多電平逆變器因其不存在直流電容分壓、均壓問題、開關(guān)管電壓應(yīng)力低、易于模塊化等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于高壓大容量變換器中。然而，大量絕緣柵雙極性晶體管的使用使得成本大大增加，如何減少使用數(shù)量成為了研究熱點(diǎn)。
[0003]雖然多電平逆變器具有多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是其常用的調(diào)制方法是通用的:多電平載波SPffM，空間矢量SVPW，階梯波調(diào)制方法等，在理想恒定直流電源應(yīng)用條件下，這些傳統(tǒng)調(diào)制策略都可以達(dá)到多電平的控制效果，輸出良好的波形質(zhì)量，滿足變換器應(yīng)用的需要。然而這些傳統(tǒng)調(diào)制策略在直流電源存在輸入電壓的不平衡或低頻脈動等非理想情況時，會導(dǎo)致輸出電壓波形的畸變，不再能夠滿足正常的工作需要。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有級聯(lián)多電平拓?fù)浼翱刂撇呗缘牟蛔悖緦嵱眯滦吞峁┮环N半橋級聯(lián)型多電平逆變器。
[0005]本實用新型控制策略采用單周控制方式，通過時鐘脈沖的錯位來實現(xiàn)輸出電平的疊加從而產(chǎn)生多電平輸出。
[0006]—種半橋級聯(lián)型多電平逆變器，由前、后級變換器串聯(lián)構(gòu)成，所述前級變換器由η個半橋單元級聯(lián)構(gòu)成，每個半橋單元的兩條直流母線之間一端跨接直流電源或電容，另一端跨接半橋電路，所述半橋電路由絕緣柵雙極性晶體管及不控二極管串聯(lián)構(gòu)成，所述第一半橋單元的絕緣柵雙極性晶體管及不控二極管的連接點(diǎn)引出后級變換器輸入側(cè)端點(diǎn)Α，第η個半橋單元的直流電源或電容負(fù)端引出后級變換器的輸入側(cè)端點(diǎn)B;上一級半橋單元的直流電源或電容負(fù)端與下一級絕緣柵雙極性晶體管及不控二極管的的連接點(diǎn)相連。
[0007]所述后級變換器為單相全橋逆變電路。
[0008]所述單相全橋逆變電路具體由四個全控型電力電子開關(guān)構(gòu)成。
[0009]還包括LC濾波器，所述LC濾波器與后級變換器連接。
[0010]—種半橋級聯(lián)型多電平逆變器的控制方法，前級變換器的每個半橋單元均由獨(dú)立的單周期控制器控制，通過時鐘脈沖錯位實現(xiàn)電平的疊加，后級變換器通過判定給定電壓的正負(fù)使四個全控型電力電子開關(guān)交替導(dǎo)通實現(xiàn)輸出電壓電流的正負(fù)半周的交替。
[0011 ]所述時鐘脈沖錯位具體為:各個級聯(lián)的半橋單元時鐘脈沖依次相差Ts/n時間，所述1為開關(guān)周期。
[0012]所述單周期控制器包括采樣電路，時鐘脈沖發(fā)生器，復(fù)位積分器及RS觸發(fā)器。
[0013]本實用新型的有益效果:
[0014](I)與H橋級聯(lián)多電平拓?fù)湎啾?，兩級變換器的串聯(lián)在一定程度上簡化了功率單元系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，減少了絕緣柵晶體管的使用數(shù)量，節(jié)約了實施成本。
[0015](2)單周控制策略無需高精度的采樣環(huán)節(jié)，除精確的穩(wěn)態(tài)控制外，在輸入電壓不平衡、輸入電壓發(fā)生小幅度范圍內(nèi)低頻脈動等不穩(wěn)定情況時依然能夠正常工作。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017]圖2是本實用新型的前級變換器的控制結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖3是本實用新型的后級變換器的控制示意圖；
[0019]圖4(a)及圖4(b)所示為本實施例在理想恒定直流電源應(yīng)用條件下，基于單周控制的兩級式多電平逆變器的輸出電壓波形圖，Vcd為后級逆變器輸出電壓;V。為LC濾波后負(fù)載輸出電壓；
[0020]圖5(a)及圖5(b)所示為在直流源含有低頻脈動時本實用新型的多電平逆變器采用單周控制的輸出電壓Vcd的輸出波形圖及LC濾波后負(fù)載輸出電壓V。；
[0021]圖6(a)及圖6(b)所示為在直流源含有低頻脈動時本實用新型的多電平逆變器采用傳統(tǒng)SPffM控制的輸出電壓Vcd的輸出波形圖及LC濾波后負(fù)載輸出電壓V。；
[0022]圖7(a)及圖7(b)所示為直流源不平衡(僅級聯(lián)單元I的直流電壓含有低頻脈動)時本實用新型的多電平逆變器采用單周控制的輸出電壓Vcd的輸出波形圖及LC濾波后負(fù)載輸出電壓V。；
[0023]圖8(a)及圖8(b)所示為直流源不平衡(僅級聯(lián)單元I的直流電壓含有低頻脈動)時本實用新型的多電平逆變器采用傳統(tǒng)SPWM控制的輸出電壓Vcd的輸出波形圖及LC濾波后負(fù)載輸出電壓V。。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0025]實施例
[0026]如圖1所示，一種半橋級聯(lián)型多電平逆變器，由前、后級變換器串聯(lián)構(gòu)成，所述前級變換器由η個半橋單元級聯(lián)構(gòu)成，每個半橋單元的兩條直流母線之間一端跨接直流電源或電容，另一端跨接半橋電路，所述半橋電路由絕緣柵雙極性晶體管及不控二極管串聯(lián)構(gòu)成，所述第一半橋單元的絕緣柵雙極性晶體管及不控二極管的連接點(diǎn)引出后級變換器輸入側(cè)端點(diǎn)Α，第η半橋單元的直流電源或電容負(fù)端引出后級變換器的輸入側(cè)端點(diǎn)B;上一級半橋單元的直流電源或電容負(fù)端與下一級絕緣柵雙極性晶體管及不控二極管的的連接點(diǎn)相連。
[0027]所述半橋電路具體為全控型電力電子開關(guān)Sll和不控型二極管Dll串聯(lián)而成，其中全控型電力電子開關(guān)Sn反并聯(lián)二極管D ’ η。
[0028]所述后級變換器為單相全橋逆變電路，具體為由4個全控型電力電子開關(guān)所組成的單相全橋逆變電路，由全控型電力電子開關(guān)Sl、S2串聯(lián)得到橋臂B1，且開反并聯(lián)二極管0:，開關(guān)S2反并聯(lián)二極管D2;由全控型電力電子開關(guān)S3、S4串聯(lián)而成橋臂B2,且開關(guān)S3反并聯(lián)二極管D3,開關(guān)S4反并聯(lián)二極管D4。逆變器的輸出端點(diǎn)C和D串接LC濾波器。
[0029]本實用新型的控制方法，包括:
[0030]前級變換器的每個半橋單元均由獨(dú)立的單周期控制器控制，通過時鐘脈沖錯位實現(xiàn)電平的疊加，后級變換器通過判定給定電壓的正負(fù)使得四個絕緣柵雙極性晶體管交替導(dǎo)通實現(xiàn)輸出電壓電流的正負(fù)半周的交替，所述時鐘脈沖錯位具體為，各個級聯(lián)的半橋單元時鐘脈沖依次相差Ts/n時間，所述Ts為開關(guān)周期。
[0031]具體過程為:
[0032](I)采用單周控制技術(shù)，前級變換器各級聯(lián)單元均采用獨(dú)立的單周控制器，包括采樣電路，時鐘脈沖發(fā)生器，復(fù)位積分器及RS觸發(fā)器。各級聯(lián)單元中時鐘脈沖依次錯位Ts/n時間，其中Ts為開關(guān)周期。對于級聯(lián)單元I，單周控制器的時鐘脈沖相移設(shè)為0，RS觸發(fā)器的Q端輸出即為開關(guān)Sn的開關(guān)信號g(Sn);對于級聯(lián)單元2，單周控制器的時鐘脈沖相移設(shè)為Ts/n，R