单相五电平变换器及其采用的调制方法技术

本发明专利技术涉及一种单相五电平变换器，包括16个低压MOSFET、2个高压MOSFET、2个飞跨电容和1个BUS电容；16个低压MOSFET均分为两组，每组的8个低压MOSFET通过源极和漏极相串联而构成一条桥臂，并在两条桥臂中分别形成A1节点、A2节点、A3节点、A4节点、A5节点以及B1节点、B2节点、B3节点、B4节点、B5节点，两条桥臂均连接于新能源发电装置所连接的直流母线的两端；两个高压MOSFET分别连接于A1节点和B5节点之间、B1节点和A5节点之间；两个飞跨电容分别连接于A2节点和A4节点之间、B2节点和B4节点之间；BUS电容连接于新能源发电装置所连接的直流母线的两端；A3节点和B3节点与电网相连接。本发明专利技术还涉及其调制方法。本发明专利技术能够提升变换效率，降低系统复杂程度，提高系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
单相五电平变换器及其采用的调制方法
本专利技术属于电力电子
，涉及一种五电平变换器及其调制技术，可以应用于太阳能发电、风力发电等新能源发电行业。
技术介绍
目前应用于太阳能发电中的光伏逆变器，普遍采用由高压器件(如600V、1200V等)组成的拓扑，主要有H4、H5、H6、HERIC、三相半桥、T型三电平等。此类拓扑应用较为成熟，由于现有的开关器件特性的限制，利用这些拓扑提升逆变器功率密度的空间变得有限。提升变换器功率密度的一个方向是拓扑的多电平技术，通过该技术可以等效提升变换器的开关频率、降低滤波电感两端压降，从而减小电感的体积和重量。传统的多电平拓扑主要有二极管钳位型、飞跨电容型、H桥级联型等。上述传统的多电平拓扑往往需要较多的钳位二极管、飞跨电容，会造成多电平变换器内部电流回路较长，寄生电感较大，同时也需要考虑更多器件的均压，实现较为困难，导致变换器可靠性降低。其中的H桥级联型多电平拓扑还需要独立的DC源，这种方案增加了系统成本，效率较低。而有源中点钳位(activeneutralpointclamped,ANPC)型多电平拓扑(如申请号为201710069674.0的专利技术专利图1所示)，其BUS电容须串联从而引出中点进行钳位，需要采取特殊措施维持电容均压，使用低压MOSFET开关管时系统所需的开关管往往较多。申请号为201510133812.8的专利图42所示拓扑，每个桥臂需要两个飞跨电容，则一个单相变换器共需要4个飞跨电容，不仅增加了成本，也增大了电容电压平衡控制的难度。因此，传统的多电平拓扑方案导致设备复杂程度变高，实现难度较大。专利
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种较为简单、实现难度较小且能够提升变换效率和可靠性、提升功率密度的单相五电平变换器。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种单相五电平变换器，用于连接新能源发电装置和电网，包括16个低压MOSFET、2个高压MOSFET、2个飞跨电容和1个BUS电容；16个所述低压MOSFET均分为两组，每组的8个所述低压MOSFET通过源极和漏极相串联而构成一条桥臂，两条桥臂均连接于所述新能源发电装置所连接的直流母线的两端；第1条所述桥臂中：第2个所述低压MOSFET与第3个所述低压MOSFET之间构成A1节点，第3个所述低压MOSFET和第4个所述低压MOSFET之间构成A2节点，第4个所述低压MOSFET与第5个所述低压MOSFET之间构成A3节点，第5个所述低压MOSFET与第6个所述低压MOSFET之间构成A4节点，第6个所述低压MOSFET与第7个所述低压MOSFET之间构成A5节点；第2条所述桥臂中：第2个所述低压MOSFET与第3个所述低压MOSFET之间构成B1节点，第3个所述低压MOSFET和第4个所述低压MOSFET之间构成B2节点，第4个所述低压MOSFET与第5个所述低压MOSFET之间构成B3节点，第5个所述低压MOSFET与第6个所述低压MOSFET之间构成B4节点，第6个所述低压MOSFET与第7个所述低压MOSFET之间构成B5节点；一个所述高压MOSFET连接于所述A1节点和所述B5节点之间，另一个所述高压MOSFET连接于所述B1节点和所述A5节点之间；一个所述飞跨电容连接于所述A2节点和所述A4节点之间，另一个所述飞跨电容连接于所述B2节点和所述B4节点之间；所述BUS电容连接于所述新能源发电装置所连接的直流母线的两端；所述A3节点和所述B3节点构成所述单相五电平变换器的输出端而与所述电网相连接。优选的，所述高压MOSFET为600V电压等级的MOSFET，所述低压MOSFET为150V电压等级的MOSFET。优选的，每个所述高压MOSFET由多个中压MOSFET串联构成。优选的，所述中压MOSFET为300V电压等级的MOSFET。优选的，所述A3节点和所述B3节点分别经电感而与所述电网相连接。本专利技术还提供了一种配合上述单相五电平变换器采用的调制方法，该调制方法为：第1条所述桥臂中的第1个所述低压MOSFET、第2个所述低压MOSFET、第7个所述低压MOSFET、第8个所述低压MOSFET以及第2条所述桥臂中的第1个所述低压MOSFET、第2个所述低压MOSFET、第7个所述低压MOSFET、第8个所述低压MOSFET、两个所述高压MOSFET作为工频管；第1条所述桥臂中的第3个所述低压MOSFET、第4个所述低压MOSFET、第5个所述低压MOSFET、第6个所述低压MOSFET以及第2条所述桥臂中的第3个所述低压MOSFET、第4个所述低压MOSFET、第5个所述低压MOSFET、第6个所述低压MOSFET作为高频管；各所述高频管的调制波为：其中，V＝Umsin(ωt)，Um为正弦调制波的幅值，Up为载波幅值；第1条所述桥臂中的第1个所述低压MOSFET和第2个所述低压MOSFET、第2条所述桥臂中的第7个所述低压MOSFET和第8个所述所述低压MOSFET以及连接于所述B1节点和所述A5节点之间的所述高压MOSFET采用相同的第一驱动波形，第1条所述桥臂中的第7个所述低压MOSFET和第8个所述低压MOSFET、第2条所述桥臂中的第1个所述低压MOSFET和第2个所述所述低压MOSFET以及连接于所述A1节点和所述B5节点之间的所述高压MOSFET采用相同的第二驱动波形，所述第一驱动波形和所述第二驱动波形互补。优选的，各所述高频管基于所述调制波和载波而生成一系列PWM脉冲，使得该一系列PWM脉冲为：第1条所述桥臂中的第3个所述低压MOSFET与第2条所述桥臂中的第6个所述低压MOSFET均生成第一PWM脉冲；第1条所述桥臂中的第6个所述低压MOSFET与第2条所述桥臂中的第3个所述低压MOSFET均生成第二PWM脉冲；第1条所述桥臂中的第4个所述低压MOSFET与第2条所述桥臂中的第5个所述低压MOSFET均生成第三PWM脉冲；第1条所述桥臂中的第5个所述低压MOSFET与第2条所述桥臂中的第4个所述低压MOSFET均生成第四PWM脉冲；所述第二PWM脉冲与所述第一PWM脉冲互补，所述第三PWM脉冲相对所述第一PWM脉冲延时Tsw/2，所述第四PWM脉冲与所述第三PWM脉冲互补，其中Tsw为载波周期。优选的，通过延时或载波移相方法实现所述第三PWM脉冲和所述第四PWM脉冲的延时。优选的，所述工频管的工作频率为50/60Hz，所述高频管的工作频率大于所述工频管的工作频率的50倍。优选的，当每个所述高压MOSFET由多个中压MOSFET串联构成时，对应同一所述高压MOSFET同一回路的各所述中压MOSFET均采用相同的驱动信号。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术能够有充分利用器件的特性，可以有效降低器件的损耗，从而提升变换效率。由于只有两个飞跨电容，不仅可以减少变换器体积，还可以减少拓扑中的电流回路，降低回路中的杂散电感。本专利技术仅需考虑两个飞跨电容的均压，且不需BUS电容串联进行中点钳位，降低了系统复杂程度，提高了系统可靠性，降低了系统成本。附图说明附图1为本专利技术的单相五电平变换器的实施例一的原理图。附图2为本专利技术的单相五电平变换器的实施例二的原理图。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相五电平变换器，用于连接新能源发电装置和电网，其特征在于：所述单相五电平变换器包括16个低压MOSFET、2个高压MOSFET、2个飞跨电容和1个BUS电容；16个所述低压MOSFET均分为两组，每组的8个所述低压MOSFET通过源极和漏极相串联而构成一条桥臂，两条桥臂均连接于所述新能源发电装置所连接的直流母线的两端；第1条所述桥臂中：第2个所述低压MOSFET与第3个所述低压MOSFET之间构成A1节点，第3个所述低压MOSFET和第4个所述低压MOSFET之间构成A2节点，第4个所述低压MOSFET与第5个所述低压MOSFET之间构成A3节点，第5个所述低压MOSFET与第6个所述低压MOSFET之间构成A4节点，第6个所述低压MOSFET与第7个所述低压MOSFET之间构成A5节点；第2条所述桥臂中：第2个所述低压MOSFET与第3个所述低压MOSFET之间构成B1节点，第3个所述低压MOSFET和第4个所述低压MOSFET之间构成B2节点，第4个所述低压MOSFET与第5个所述低压MOSFET之间构成B3节点，第5个所述低压MOSFET与第6个所述低压MOSFET之间构成B4节点，第6个所述低压MOSFET与第7个所述低压MOSFET之间构成B5节点；一个所述高压MOSFET连接于所述A1节点和所述B5节点之间，另一个所述高压MOSFET连接于所述B1节点和所述A5节点之间；一个所述飞跨电容连接于所述A2节点和所述A4节点之间，另一个所述飞跨电容连接于所述B2节点和所述B4节点之间；所述BUS电容连接于所述新能源发电装置所连接的直流母线的两端；所述A3节点和所述B3节点构成所述单相五电平变换器的输出端而与所述电网相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种单相五电平变换器，用于连接新能源发电装置和电网，其特征在于：所述单相五电平变换器包括16个低压MOSFET、2个高压MOSFET、2个飞跨电容和1个BUS电容；16个所述低压MOSFET均分为两组，每组的8个所述低压MOSFET通过源极和漏极相串联而构成一条桥臂，两条桥臂均连接于所述新能源发电装置所连接的直流母线的两端；第1条所述桥臂中：第2个所述低压MOSFET与第3个所述低压MOSFET之间构成A1节点，第3个所述低压MOSFET和第4个所述低压MOSFET之间构成A2节点，第4个所述低压MOSFET与第5个所述低压MOSFET之间构成A3节点，第5个所述低压MOSFET与第6个所述低压MOSFET之间构成A4节点，第6个所述低压MOSFET与第7个所述低压MOSFET之间构成A5节点；第2条所述桥臂中：第2个所述低压MOSFET与第3个所述低压MOSFET之间构成B1节点，第3个所述低压MOSFET和第4个所述低压MOSFET之间构成B2节点，第4个所述低压MOSFET与第5个所述低压MOSFET之间构成B3节点，第5个所述低压MOSFET与第6个所述低压MOSFET之间构成B4节点，第6个所述低压MOSFET与第7个所述低压MOSFET之间构成B5节点；一个所述高压MOSFET连接于所述A1节点和所述B5节点之间，另一个所述高压MOSFET连接于所述B1节点和所述A5节点之间；一个所述飞跨电容连接于所述A2节点和所述A4节点之间，另一个所述飞跨电容连接于所述B2节点和所述B4节点之间；所述BUS电容连接于所述新能源发电装置所连接的直流母线的两端；所述A3节点和所述B3节点构成所述单相五电平变换器的输出端而与所述电网相连接。2.根据权利要求1所述的单相五电平变换器，其特征在于：所述高压MOSFET为600V电压等级的MOSFET，所述低压MOSFET为150V电压等级的MOSFET。3.根据权利要求1所述的单相五电平变换器，其特征在于：每个所述高压MOSFET由多个中压MOSFET串联构成。4.根据权利要求2所述的单相五电平变换器，其特征在于：所述中压MOSFET为300V电压等级的MOSFET。5.根据权利要求1所述的单相五电平变换器，其特征在于：所述A3节点和所述B3节点分别经电感而与所述电网相连接。6.一种如权利要求1所述的单相五电平变换器采用的调制方法：其特征在于：所述调制方法为：第1条所述桥臂中的第1个所述低压MOSFET、第2个所述低压MOSFET、第7个所述低压MOSFET、第8个所述低压MOSFET以及第2条所述桥臂中的第1个所述低压MOSFET、第2个所述低压MOSFET、第7个所述低压MOSFET、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝齐心，谢胜仁，黄敏，方刚，卢进军，
申请(专利权)人：江苏固德威电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32