多电平混合逆变器和操作方法技术

一种逆变器，包括第一升压装置(112)、第二升压装置(114)、耦合到所述第一升压装置(112)的前半周期开关网络(104)，其中，配置所述前半周期开关网络，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】相关申请案交叉申请本申请要求2014年3月6日由傅电波递交的专利技术名称为“多电平混合逆变器和操作方法(MultilevelHybridInverterandOperatingMethod)”的第14/199,749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(directcurrent/directcurrent，dc/dc)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(alternatingcurrent，ac)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(pulsewidthmodulation，PWM)技术，诸如正弦PWM(sinusoidalPWM，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、灵活交流输电系统、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(neutralpointclamped，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(totalharmonicdistortion，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(electromagneticcompatibility，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，一种使用逆变器来实施直流(directcurrent，dc)/交流(alternatingcurrent，ac)转换的方法包括：使所述逆变器耦合到通过直流电源的直流电压，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；以及耦合到输出滤波器的转换级，包括前半周期开关网络和后半周期开关网络，其中所述前半周期开关网络包括第一三电平导电路径和第一五电平导电路径；以及所述后半周期开关网络包括第二三电平导电路径和第二五电平导电路径。所述方法还包括：在所述输出滤波器的输出端处的交流电压的前半周期，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交流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交流电压的后半周期，当所述输出滤波器的所述输出端处的所述交流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交流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；耦合到输出滤波器的前半周期开关网络，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和所述第一升压装置的输出端；以及耦合到所述输出滤波器的后半周期开关网络，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，第一二极管耦合在所述直流电源的所述第一端子与所述前半周期开关网络之间，第二二极管耦合在所述直流电源的所述第二端子与所述后半周期开关网络之间；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，旁路所述第一二极管和所述第二二极管。根据又一实施例，一种逆变器包括：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；前半周期开关网络，其中，所述前半周期开关网络耦合到输出滤波器的输入端和所述第一升压装置，且所述前半周期开关网络通过第一二极管耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述直流电源的所述第一端子，配置所述前半周期开关网络，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。所述逆变器还包括后半周期开关网络，其中所述后半周期开关网络耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述第二升压装置；以及所述后半周期开关网络通过第二二极管耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述直流电源的所述第二端子。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其特征在于，包括：第一升压装置，具有耦合到直流(direct current，dc)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；前半周期开关网络，其中所述前半周期开关网络耦合到输出滤波器的输入端和所述第一升压装置；以及所述前半周期开关网络通过第一二极管耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述直流电源的所述第一端子；以及配置所述前半周期开关网络，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；后半周期开关网络，其中所述后半周期开关网络耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述第二升压装置；以及所述后半周期开关网络通过第二二极管耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述直流电源的所述第二端子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.06 US 14/199,7491.一种设备，其特征在于，包括：第一升压装置，具有耦合到直流(directcurrent，dc)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；前半周期开关网络，其中所述前半周期开关网络耦合到输出滤波器的输入端和所述第一升压装置；以及所述前半周期开关网络通过第一二极管耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述直流电源的所述第一端子；以及配置所述前半周期开关网络，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；后半周期开关网络，其中所述后半周期开关网络耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述第二升压装置；以及所述后半周期开关网络通过第二二极管耦合到所述输出滤波器的所述输入端和所述直流电源的所述第二端子。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，配置所述后半周期开关网络，使得：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电压时，将第二三电平导电路径耦合在所述直流电源的所述第二端子与所述输出滤波器的所述输入端之间；以及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，将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。3.根据权利要求1或2所述的设备，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开关Q5，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开关Q3和开关Q7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开关Q5、串联连接并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开关Q1和所述开关Q5，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开关Q7和开关Q11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开关Q6，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开关Q4和开关Q8形成；以及所述第二五电平导电路径由所述开关Q6、串联连接并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开关Q2和所述开关Q6，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开关Q8和开关Q12形成。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的设备，其特征在于，还包括：与所述第一二极管并联连接的第一继电器；以及与所述第二二极管并联连接的第二继电器。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：当通过所述直流电源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峰-峰值时，通过开启所述第一继电器和所述第二继电器来旁路所述第一二极管和所述第二二极管。6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的设备，其特征在于，所述第一升压装置包括第一输入电感器、第一低侧开关和第一阻塞二极管；以及所述第二升压装置包括第二输入电感器、第二低侧开关和第二阻塞二极管。7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的设备，其特征在于：所述逆变器的第一电平耦合到所述第二升压装置的所述输出端；所述逆变器的第二电平耦合到所述直流电源的所述第二端子；所述逆变器的第三电平耦合到接地线；所述逆变器的第四电平耦合到所述直流电源的所述第二端子；以及所述逆变器的第五电平耦合到所述第二升压装置的所述输出端。8.一种使用逆变器来实施转换直流(directcurrent，dc)/交流(alternatingcurrent，a...

【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