多电平逆变器设备和操作方法技术

一种逆变器，包括第一升压装置、第二升压装置、耦合到所述第一升压装置的第一转换级，其中，配置所述第一转换级，使得：当直流电源处的电压大于所述逆变器的输出端处的电压的瞬时值时，形成第一三电平导电路径，以及当所述逆变器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值大于所述直流电源处的所述电压时，形成第一五电平导电路径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请要求2014年3月17日由傅电波递交的专利技术名称为“多电平逆变器设备和操作方法(Multilevel Inverter Device and Operating Method)”的第14/217,013号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的全部内容以引入的方式并入本文本中。
本专利技术涉及一种多电平逆变器设备和方法，在具体实施例中，涉及一种五电平逆变器。
技术介绍
可再生能量源包括太阳能、风能、潮汐能等。太阳能转换系统可包括多个串联或并联的太阳能面板。根据时间、位置、太阳跟踪能力等因素，太阳能面板的输出可生成可变直流电压。为了调节太阳能面板的输出，可将太阳能面板的输出耦合到直流/直流转换器，从而在直流/直流转换器的输出端处得到调节后的输出电压。此外，太阳能面板可通过电池充电控制装置与备用电池系统连接。在白天，备用电池通过太阳能面板的输出充
电。当电力设施发生故障或太阳能面板是离网发电系统时，备用电池为耦合到太阳能面板的负载提供电力。由于多数的应用可设计为在120伏特交流电下运行，所以使用太阳能逆变器来将光伏模块的可变直流输出转换为120伏特的交流电源。可使用多个多电平逆变器拓扑结构来实现高功率和从太阳能到市电的高效转换。具体而言，可使用一系列功率半导体开关将多个低压直流电源转换为高功率交流输出通过合成阶梯电压波形来实现高功率交流输出。按照拓扑结构差异，多电平逆变器可分为三大类，即二极管钳位多电平逆变器、飞跨电容多电平逆变器和级联H桥多电平逆变器。另外，多电平逆变器可采用不同的脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)技术，诸如正弦PWM(sinusoidal PWM，SPWM)、选择性谐波消除PWM、空间矢量调制等。多电平逆变器是中高功率应用的常见电源拓扑结构，诸如可再生能源源的电网接口、柔性交流输电系统、中压电机驱动系统等。二极管钳位多电平逆变器通常指三电平中点钳位(neutral point clamped，NCP)逆变器。三电平NCP逆变器需要将两个串联的电容耦合在输入直流总线之间。将每个电容充到相同电势。此外，三电平NCP逆变器可包括四个开关元件和两个钳位二极管。钳位二极管有助于将开关元件上的电压应力减少到一个电容电压电平。NCP逆变器使用阶梯波形来生成交流输出。这种阶梯波形类似于需要的正弦波形。因此，NCP逆变器的输出电压可带有低总谐波失真(total harmonic distortion，THD)。此外，阶梯波形可降低电压应力，因此，可
提高NCP逆变器的电磁兼容性(electromagnetic compatibility，EMC)性能。此外，为达到同样的THD，NCP逆变器可在更低的开关频率下运行。这种更低的开关有助于减少开关损耗，从而实现高效的功率转换系统。
技术实现思路
本专利技术的优选实施例提供了一种太阳能应用中的多电平逆变器装置，从而大体上解决或克服了这些和其它问题并大体上实现了技术优点。根据一实施例，一种方法包括检测通过耦合到逆变器的直流电源的电压，其中，所述逆变器包括：第一升压装置，具有与所述直流电源的第一端子耦合的输入端；第二升压装置，具有与所述直流电源的第二端子耦合的输入端；第一转换级，包括第一三电平导电路径和第一五电平导电路径；第二转换级，包括第二三电平导电路径和第二五电平导电路径；以及续流网络，耦合在输出滤波器的输入端与接地线之间。所述方法还包括：在所述输出滤波器的输出端处的电压的前半周期，当所述直流电源的所述第一端子处的电压大于所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的瞬时值时，启用所述第一三电平导电路径；在所述前半周期，当所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值大于所述直流电源的所述第一端子处的所述电压时，启用所述第一五电平导电路径；在所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的后半周期，当所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值大于所述直流电源的所述第二端子处的所述电压时，启用所述第二三电平导电路径；以及在所述
后半周期，当所述直流电源的所述第二端子处的所述电压大于所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值时，启用所述第二五电平导电路径。根据另一实施例，一种方法包括提供一种耦合到直流电源的逆变器，其中，所述逆变器包括：第一升压装置，具有耦合到所述直流电源的第一端子的输入端；第二升压装置，具有耦合到所述直流电源的第二端子的输入端；第一转换级，包括第一三电平导电路径和第一五电平导电路径，所述第一三电平导电路径耦合到所述直流电源的所述第一端子，所述第一五电平导电路径耦合到所述直流电源的所述第一端子与所述第一升压装置的输出端；第二转换级，包括第二三电平导电路径和第二五电平导电路径，所述第二三电平导电路径耦合到所述直流电源的所述第二端子，所述第二五电平导电路径耦合到所述直流电源的所述第二端子和所述第二升压装置的输出端；以及续流网络，耦合在输出滤波器的输入端与接地线之间；所述方法还包括：当通过所述直流电源的电压大于所述输出滤波器的输出端处的电压的峰-峰值时，启动多个继电器来旁路所述第一升压装置和所述第二升压装置。根据又一实施例，一种逆变器设备包括：第一升压装置，具有耦合到直流电源的第一端子的输入端；第二升压装置，具有耦合到所述直流电源的第二端子的输入端；第一转换级，耦合到输出滤波器的输入端和所述第一升压装置，其中，配置所述第一转换级，使得：当所述直流电源的所述第一端子处的电压大于所述输出滤波器的输出端处的电压的瞬时值时，将第一三电平导电路径耦合在所述直流电源的所述第一端子与所述输出滤波
器的所述输入端之间，以及当所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值大于所述直流电源的所述第一端子处的所述电压时，将第一五电平导电路径耦合到所述直流电源的所述第一端子和所述第一升压装置的输出端；第二转换级，耦合到所述输出滤波器的所述输入端；以及续流装置，耦合在所述输出滤波器的所述输入端与接地线之间。本专利技术实施例的优点为：使用包括三电平逆变器结构和五电平逆变器结构的混合逆变器来生成阶梯波形。这种混合逆变器有助于提高多电平逆变器的效率和可靠性并为其节约成本。上述内容已相当广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点，以便可更好地理解下文对本专利技术的详细描述。下文将描述本专利技术的附加特征和优点，这些构成本专利技术权利要求的主题。本领域技术人员应理解，所公开的概念和具体实施例可易于用作用于执行与本专利技术的目的相同的其它结构或过程的修改或设计的基础。本领域技术人员还应认识到，这类等效构造并不脱离所附权利要求中阐述的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：图1示出了根据本专利技术各个实施例的多电平逆变器的框图；图2示出了根据本专利技术各个实施例的图1所示的多电平逆变器的示意图；图3示出了根据本专利技术各个实施例的图2所示多电平逆变器的各种信号的时序图；图4示出了根据本专利技术各个实施例的图2所示多电平逆变器的三电平逆变器操作模式的系统配置的示意图；图5示出了根据本专利技术各个实施例的图4所示多电平逆变器的各种信号的时序图；图6示出了根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其特征在于，包括：检测通过耦合到逆变器的直流电源的电压，其中，所述逆变器包括：第一升压装置，具有耦合到所述直流电源的第一端子的输入端；第二升压装置，具有耦合到所述直流电源的第二端子的输入端；第一转换级，包括第一三电平导电路径和第一五电平导电路径；第二转换级，包括第二三电平导电路径和第二五电平导电路径；以及续流网络，耦合在输出滤波器的输入端与接地线之间；在所述输出滤波器的输出端处的电压的前半周期，当所述直流电源的所述第一端子处的电压大于所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的瞬时值时，启用所述第一三电平导电路径；在所述前半周期，当所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值大于所述直流电源的所述第一端子处的所述电压时，启用所述第一五电平导电路径；在所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的后半周期，当所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值大于所述直流电源的所述第二端子处的所述电压时，启用所述第二三电平导电路径；以及在所述后半周期，当所述直流电源的所述第二端子处的所述电压大于所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值时，启用所述第二五电平导电路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.17 US 14/217,0131.一种方法，其特征在于，包括：检测通过耦合到逆变器的直流电源的电压，其中，所述逆变器包括：第一升压装置，具有耦合到所述直流电源的第一端子的输入端；第二升压装置，具有耦合到所述直流电源的第二端子的输入端；第一转换级，包括第一三电平导电路径和第一五电平导电路径；第二转换级，包括第二三电平导电路径和第二五电平导电路径；以及续流网络，耦合在输出滤波器的输入端与接地线之间；在所述输出滤波器的输出端处的电压的前半周期，当所述直流电源的所述第一端子处的电压大于所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的瞬时值时，启用所述第一三电平导电路径；在所述前半周期，当所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值大于所述直流电源的所述第一端子处的所述电压时，启用所述第一五电平导电路径；在所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的后半周期，当所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值大于所述直流电源的所述第二端子处的所述电压时，启用所述第二三电平导电路径；以及在所述后半周期，当所述直流电源的所述第二端子处的所述电压大于所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述瞬时值时，启用所述第二五电平导电路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一三电平导电路径由耦合在所述输出滤波器的所述输入端与所述直流电源的所述第一端子之间的第一开关，以及串联连接并耦合在所述输出滤波器的所述输入端与所述直流电源的所述第一端子之间的第二开关和第三开关形成；所述第一五电平导电路径由耦合在所述输出滤波器的所述输入端与所述直流电源的所述第一端子之间的所述第一开关、耦合在所述第一升压装置的输出端与所述输出滤波器的所述输入端之间的第四开关，以及串联连接并耦合在所述第一升压装置的所述输出端与所述输出滤波器的所述输入端之间的所述第二开关和第五开关形成；所述第二三电平导电路径由耦合在所述输出滤波器的所述输入端与所述直流电源的所述第二端子之间的第六开关，以及串联连接并耦合在所述输出滤波器的所述输入端与所述直流电源的所述第二端子之间的第七开关和第八开关形成；以及所述第二五电平导电路径由耦合在所述输出滤波器的所述输入端与所述直流电源的所述第二端子之间的所述第六开关、耦合在所述第二升压装置的输出端与所述输出滤波器的所述输入端之间的第九开关，以及串联连接并耦合在所述第二升压装置的所述输出端与所述输出滤波器的所述输入端之间的所述第七开关和第十开关形成。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：在开启所述第一开关之前开启所述第三开关；在关闭所述第三开关之前关闭所述第一开关；在开启所述第六开关之前开启所述第八开关；以及在关闭所述第八开关之前关闭所述第六开关。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：在开启所述第一开关之前开启所述第三开关；在所述第一开关开启之后关闭所述第三开关；在关闭所述第一开关之前开启所述第三开关；在所述第三开关开启之后关闭所述第一开关；以及关闭所述第三开关。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：在开启所述第六开关前开启所述第八开关；在所述第六开关开启之后关闭所述第八开关；在关闭所述第六开关之前开启所述第八开关；在所述第八开关开启之后关闭所述第六开关；以及关闭所述第八开关。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：在开启所述第四开关之前开启所述第五开关；在关闭所述第五开关之前关闭所述第四开关；在开启所述第九开关之前开启所述第十开关；以及在关闭所述第十开关之前关闭所述第九开关。7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：检测所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的峰-峰值；比较所述峰-峰电压和通过所述直流电源的电压；以及当通过所述直流电源的所述电压大于所述输出滤波器的所述输出端处的所述电压的所述峰-峰值时，开启第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器以旁路所述第一升压装置和所述第二升压装置。8.一种逆变器设备，其特征在于，包括：第一升压装置，具有耦合到直流电源的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅电波，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44