一种五电平并网逆变器及其调制方法技术

本发明专利技术公开了一种五电平并网逆变器及其调制方法，该逆变器包括：直流侧包括串联的第一电容及第二电容，靠近交流侧有一个第三电容；直流侧的正负极分别通过一个全控型开关管与第三电容的正负极相连；直流侧中点处通过两个全控开关管和两个逆阻型全控开关管和两个二极管与第三电容的正负极相连；第三电容的正负极与交流侧输出之间分别通过一个全控型开关管相连。该方法包括：通过四个相位幅值相等、依次层叠的三角波与与一个正弦波比较控制八个开关管实现输出五种电平。本发明专利技术的五电平并网逆变器及其调制方法，通过减少元器件，减少了逆变器的导通损耗，且降低了成本。

A Five-level Grid-connected Inverter and Its Modulation Method

The invention discloses a five-level grid-connected inverter and its modulation method. The inverter includes: the DC side includes the first capacitor and the second capacitor in series, and a third capacitor near the AC side; the positive and negative poles of the DC side are connected with the positive and negative poles of the third capacitor through a fully controlled switching transistor, respectively; the middle point of the DC side is opened by two fully controlled switching transistors and two inverse resistance fully controlled poles. The switch and two diodes are connected with the positive and negative poles of the third capacitor, and the positive and negative poles of the third capacitor are connected with the output of the AC side through a fully controlled switch tube, respectively. The method consists of four triangular waves with equal phase and amplitude, which are stacked in turn, and eight switches controlled by comparison with a sinusoidal wave to achieve five levels of output. The five-level grid-connected inverter and its modulation method of the invention can reduce the conduction loss of the inverter and reduce the cost by reducing the components.

【技术实现步骤摘要】
一种五电平并网逆变器及其调制方法
本专利技术涉及智能电网领域，特别涉及一种五电平并网逆变器及其调制方法。
技术介绍
并网逆变器在光伏发电中扮演着很重要的角色，随着光伏电池串输出电压等级提升，传统的两电平逆变器因元器件在高电压下开关损耗和导通损耗急剧上升而不再适用。因此对于新型的多电平并网逆变器的拓扑研究具有重要意义。当前业内已经提出多种五电平逆变器的技术方案，如申请号为：201521142604.6和申请号为：201520673081.1的中国专利分别提出了两种五电平逆变器的拓扑，基本思想均是通过多个开关管串联来降低管子电压应力，通过飞跨电容和直流侧中性点引出电流通路来产生多电平。但是两种拓扑所用到的元器件数量较多，因此导通损耗较高并且成本较高。进一步，因为开关管的导通损耗与电流电压成正相关关系，因此电压电流越大，在输出高电平时产生的导通损耗占整体的比重也就越大。综上所述，在光伏电池串输出电压呈上升趋势的背景下，如何降低高电平时逆变器的导通损耗以及降低逆变器的成本是需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的问题，提出一种五电平并网逆变器及其调制方法，元器件少，且在高电平时电流流经的元器件少，从而从根本上减少逆变器的导通损耗，且降低了成本，解决了现有技术中由于元器件数量较多导致的导通损耗高且成本高的问题。为解决上述技术问题，本专利技术是通过如下技术方案实现的：本专利技术提供一种五电平并网逆变器，其包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8；其中，直流侧包括：串联的所述第一电容以及所述第二电容；所述第三电容C3位于交流侧；所述第三电容C3的正极通过第一开关管S1与所述交流侧的输出端相连，所述第三电容C3的负极通过所述第二开关管S2与所述交流侧的输出端相连；所述直流侧的正极与所述第三电容C3的正极通过所述第五开关管S5相连，所述直流侧的负极与所述第三电容C3的负极通过所述第七开关管S7相连；所述直流侧的中点通过串联的所述第六开关管S6以及所述第一二极管D1与所述第三电容C3的正极相连；所述直流侧的中点通过串联的所述第六开关管S6以及所述第四开关管S4与所述第三电容C3的负极相连；所述直流侧的中点还通过串联的所述第八开关管S8以及所述第三开关管S3与所述第三电容C3的正极相连；所述直流侧的中点还通过串联的所述第六开关管S6以及所述第二二极管D2与所述第三电容C3的负极相连。较佳地，所述第一电容C1与所述第二电容C2的额定电压值相等，为2E，所述第三电容的额定电压值为所述第一电容C1或所述第二电容C2的额定电压值的一半，为E。较佳地，当第一开关管S1以及第五开关管S5为闭合状态，第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8为断开状态时，逆变器的输出电平为2E；当第二开关管S2以及第五开关管S5为闭合状态，第一开关管S1、第三开关管S3、第四开关管S4、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8为断开状态时，逆变器的输出电平为E；当第一开关管S1、第四开关管S4、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第二开关管S2、第三开关管S3、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，逆变器的输出电平为E；当第一开关管S1、第三开关管S3、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第二开关管S2、第四开关管S4、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，逆变器的输出电平为0E；当第二开关管S2、第四开关管S4、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第一开关管S1、第三开关管S3、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，逆变器的输出电平为0E；当第二开关管S2、第三开关管S3、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第一开关管S1、第四开关管S4、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，逆变器的输出电平为-E；当第一开关管S1以及第七开关管S7为闭合状态，第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6以及第八开关管S8为断开状态时，逆变器的输出电平为-E；当第二开关管S2以及第七开关管S7为闭合状态，第一开关管S1、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6以及第八开关管S8为断开状态时，逆变器的输出电平为-2E。较佳地，所述第三电容C3为悬浮电容。较佳地，所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8为全控开关管。较佳地，所述第三开关管S3以及所述第四开关管S4为逆阻型全控开关管。本专利技术还提供一种五电平并网逆变器的调制方法，其包括：S11：将四行同相位、等幅值的三角波依次层叠组成一组载波；S12：将一个正弦调制波与所述载波进行比较，所述正弦调制波的幅值与四个所述三角波叠加后的幅值相同；S13：根据比较结果对八个开关管的开关状态进行不同的选择，以输出相应的电平。较佳地，四个所述三角波从上至下依次为：第一三角波、第二三角波、第三三角波、第四三角波；进一步地，所述S13具体为：当所述正弦调制波大于所有三角波时，八个开关管的开关状态为：第一开关管S1以及第五开关管S5为闭合状态，第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8为断开状态，此时逆变器的输出电平为2E；当所述正弦调制波大于第二三角波且小于第一三角波时，并且所述正弦调制波的相位处于0-π/2之间，八个开关管的开关状态为：第二开关管S2以及第五开关管S5为闭合状态，第一开关管S1、第三开关管S3、第四开关管S4、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8为断开状态时，此时逆变器的输出电平为E；当所述正弦调制波大于第二三角波且小于第一三角波时，并且所述正弦调制波的相位处于π/2-π之间，八个开关管的开关状态为：第一开关管S1、第四开关管S4、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第二开关管S2、第三开关管S3、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，此时逆变器的输出电平为E；当所述正弦调制波大于第三三角波且小于第二三角波时，并且所述正弦调制波的相位处于π-2π之间，八个开关管的开关状态为：第一开关管S1、第三开关管S3、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第二开关管S2、第四开关管S4、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，此时逆变器的输出电平为0E；当所述正弦调制波大于第三三角波且小于第二三角波时，并且正弦调制波相位处于0-π之间，八个开关管的开关状态为：第二开关管S2、第四开关管S4、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第一开关管S1、第三开关管S3、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，此时逆变器的输出电平为0E；当所述正弦调制波大于第四三角波且小于第三三角波时，并且所述正弦调制波的相位处于π-3π/2之间，八个开关管的开关状态为：第二开关管S2、第三开关管S3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五电平并网逆变器，其特征在于，包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8；其中，直流侧包括：串联的所述第一电容C1以及第二电容C2；所述第三电容C3位于交流侧；所述第三电容C3的正极通过第一开关管S1与所述交流侧的输出端相连，所述第三电容C3的负极通过所述第二开关管S2与所述交流侧的输出端相连；所述直流侧的正极与所述第三电容C3的正极通过所述第五开关管S5相连，所述直流侧的负极与所述第三电容C3的负极通过所述第七开关管S7相连；所述直流侧的中点通过串联的所述第六开关管S6以及所述第一二极管D1与所述第三电容C3的正极相连；所述直流侧的中点通过串联的所述第六开关管S6以及所述第四开关管S4与所述第三电容C3的负极相连；所述直流侧的中点还通过串联的所述第八开关管S8以及所述第三开关管S3与所述第三电容C3的正极相连；所述直流侧的中点还通过串联的所述第六开关管S6以及所述第二二极管D2与所述第三电容C3的负极相连。

【技术特征摘要】
1.一种五电平并网逆变器，其特征在于，包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8；其中，直流侧包括：串联的所述第一电容C1以及第二电容C2；所述第三电容C3位于交流侧；所述第三电容C3的正极通过第一开关管S1与所述交流侧的输出端相连，所述第三电容C3的负极通过所述第二开关管S2与所述交流侧的输出端相连；所述直流侧的正极与所述第三电容C3的正极通过所述第五开关管S5相连，所述直流侧的负极与所述第三电容C3的负极通过所述第七开关管S7相连；所述直流侧的中点通过串联的所述第六开关管S6以及所述第一二极管D1与所述第三电容C3的正极相连；所述直流侧的中点通过串联的所述第六开关管S6以及所述第四开关管S4与所述第三电容C3的负极相连；所述直流侧的中点还通过串联的所述第八开关管S8以及所述第三开关管S3与所述第三电容C3的正极相连；所述直流侧的中点还通过串联的所述第六开关管S6以及所述第二二极管D2与所述第三电容C3的负极相连。2.根据权利要求1所述的五电平并网逆变器，其特征在于，所述第一电容C1与所述第二电容C2的额定电压值相等，为2E，所述第三电容的额定电压值为所述第一电容C1或所述第二电容C2的额定电压值的一半，为E。3.根据权利要求2所述的五电平并网逆变器，其特征在于，当第一开关管S1以及第五开关管S5为闭合状态，第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8为断开状态时，逆变器的输出电平为2E；当第二开关管S2以及第五开关管S5为闭合状态，第一开关管S1、第三开关管S3、第四开关管S4、第六开关管S6、第七开关管S7以及第八开关管S8为断开状态时，逆变器的输出电平为E；当第一开关管S1、第四开关管S4、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第二开关管S2、第三开关管S3、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，逆变器的输出电平为E；当第一开关管S1、第三开关管S3、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第二开关管S2、第四开关管S4、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，逆变器的输出电平为0E；当第二开关管S2、第四开关管S4、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第一开关管S1、第三开关管S3、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，逆变器的输出电平为0E；当第二开关管S2、第三开关管S3、第六开关管S6以及第八开关管S8为闭合状态，第一开关管S1、第四开关管S4、第五开关管S5以及第七开关管S7为断开状态时，逆变器的输出电平为-E；当第一开关管S1以及第七开关管S7为闭合状态，第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6以及第八开关管S8为断开状态时，逆变器的输出电平为-E；当第二开关管S2以及第七开关管S7为闭合状态，第一开关管S1、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6以及第八开关管S8为断开状态时，逆变器的输出电平为-2E。4.根据权利要求1所述的五电平并网逆变器，其特征在于，所述第三电容C3为悬浮电容。5.根据权利要求1所述的五电平并网逆变器，其特征在于，所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑帅，李睿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31