一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法，第一电感(L

【技术实现步骤摘要】
一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子变换器
，具体涉及一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法。
技术介绍
逆变器是光伏发电系统的核心部件。为了适应光伏阵列输出电压变化范围宽的特点，光伏逆变器通常采用Boost变换器级联电压型全桥逆变器的两级式结构。然而，两级式系统的变换效率相对较低。此外，由于这种结构不含高频或低频变压器，功率管高频开关时会导致光伏电池板的对地电容产生高频共模电压，形成较大的高频漏电流，危及设备和人员安全。采用单相三电平Z源逆变器可以较好的解决上述问题。然而。其存在功率器件和无源器件较多，成本高。控制复杂，升压能力不足等缺点。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种三电平单相单级升压逆变器，包括：第一电感(L1)、电源(Uin)、第一桥臂和第二桥臂；所述电源的正极与所述第一电感(L1)连接构成串联电路；所述第一桥臂和第二桥臂连接后与所述第一电感(L1)和电源(Uin)串联的电路连接，用于接收电压控制信号；所述第一桥臂和第二桥臂分别包括多个开关管；通过各桥臂开关管的一个开关周期使三电平单相单级升压逆变器输出五个电压，所述五个电压构成交流电压的一个波形。优选的，所述第一桥臂，包括：第一二极管(D1)、第七二极管(D7)、第一桥臂上桥臂和第一桥臂下桥臂；所述第一桥臂上桥臂包括：第一开关管(S1)与第二开关管(S2)；所述第一开关管(S1)的负极与所述第二开关管(S2)的正极连接；所述第一桥臂下桥臂包括：第三开关管(S3)和第四开关管(S4)；所述第三开关管(S3)的负极与所述第四开关管(S4)的正极连接；所述第二开关管(S2)负极与所述第三开关管(S3)正极连接；所述第一二极管(D1)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；所述第七二极管(D7)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接，所述第七二极管(D7)的阴极与所述电源负极连接。优选的，所述第二桥臂，包括：第二二极管(D2)、第八二极管(D8)、第二桥臂上桥臂和第二桥臂下桥臂；所述第二桥臂上桥臂包括：第五开关管(S5)和第六开关管(S6)；所述第五开关管(S5)的负极与所述第六开关管(S6)的正极连接；所述第二桥臂下桥臂包括：第七开关管(S7)和第八开关管(S8)；所述第七开关管(S7)的负极与所述第八开关管(S8)的正极连接；所述第六开关管(S6)负极与所述第七开关管(S7)的正极连接；所述第一开关管(S1)正极与所述第五开关管(S5)正极连接；所述第四开关管(S4)负极与所述第八开关管(S8)负极连接；所述第二二极管(D2)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第二二极管(D2)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；所述第八二极管(D8)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；所述第八二极管(D8)的阴极与所述电源的负极连接。优选的，所述逆变器还包括：第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)和滤波器；所述第一电容(C1)的一端与所述第二电容(C2)的一端连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第一开关管(S1)和所述第五开关管(S5)的连接点连接，所述第二电容(C2)的另一端与所述第四开关管(S4)和所述第八开关管(S8)负极的连接点连接；所述第三二极管(D3)的阳极与所述第四二极管(D4)的阴极连接；所述第三二极管(D3)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；所述第四二极管(D4)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接；所述第五二极管(D5)的阳极与所述第六二极管(D6)的阴极连接；所述第五二极管(D5)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；所述第六二极管(D6)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；所述滤波器的一端与第一桥臂中点相连，所述滤波器的另一端与所述第二桥臂中点相连。优选的，所述滤波器，包括第二电感(L2)、输出电容(C0)与负载电阻(R0)；所述第二电感(L2)的一端与所述第一桥臂中点连接，第二电感(L2)的另一端与所述输出电容(C0)的第一端连接，所述输出电容(C0)的另一端与所述第二桥臂的中点连接，所述负载电阻(R0)同输出电容(C0)的两端并联。优选的，所述第一电容(C1)和第二电容(C2)大小相等。一种三电平单相单级升压逆变器的控制方法，所述方法包括：获取所需电压的控制信号；所述三电平单相单级升压逆变器的第一桥臂和第二桥臂基于获取到的所需电压的控制信号，控制所述第一桥臂和第二桥臂的开关管，使所述三电平单相单级升压逆变器在一个开关周期内工作；基于所述一个开关周期内的五个工作模态使电源对第一电感进行充电或放电，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压。优选的，所述获取所需电压的控制信号，包括：基于所述电压获取两个同相且幅值相等的等腰三角波和正弦波；调制所述等腰三角波和正弦波得到正反两组SPWM控制信号；反相调制所述等腰三角波和正弦波得到另外正反两组SPWM控制信号。优选的，所述一个开关周期内的五个工作模态，包括：第一工作模态：导通第一桥臂的第二开关管(S2)和第三开关管(S3)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电；第二工作模式：导通第一桥臂的第三开关管(S3)和第四开关管(D4)，第二桥臂的第五开关管(D5)和第六开关管(D6)，对所述第一电感(L1)进行放电；第三工作模式：导通第一桥臂的第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电；第四工作模式：导通第一桥臂的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二桥臂的第七开关管(S7)和第八开关管(S8)，对所述第一电感(L1)进行放电；第五工作模式：导通第一桥臂的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电。优选的，所述基于所述一个开关周期内的五个工作模态对第一电感进行充电或放电，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压，包括：基于一个开关周期内的五个工作模态使所述三电平单相单级升压逆变器第一电感交替工作在充电状态和放电状态；基于所述第一电感交替工作在充电状态和放电状态使所述三电平单相单级升压逆变器依次得到5个不同的电平；基于所述5个不同的电平所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法和系统，第一电感(L1)、电源(Uin)、第一桥臂和第二桥臂；所述电源的正极与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，包括：第一电感(L

【技术特征摘要】
1.一种三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，包括：第一电感(L1)、电源(Uin)、第一桥臂和第二桥臂；
所述电源的正极与所述第一电感(L1)连接构成串联电路；
所述第一桥臂和第二桥臂连接后与所述第一电感(L1)和电源(Uin)串联的电路连接，用于接收电压控制信号；
所述第一桥臂和第二桥臂分别包括多个开关管；通过各桥臂开关管的一个开关周期使三电平单相单级升压逆变器输出五个电压，所述五个电压构成交流电压的一个波形。


2.如权利要求1所述的一种三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，所述第一桥臂，包括：第一二极管(D1)、第七二极管(D7)、第一桥臂上桥臂和第一桥臂下桥臂；
所述第一桥臂上桥臂包括：第一开关管(S1)与第二开关管(S2)；
所述第一开关管(S1)的负极与所述第二开关管(S2)的正极连接；
所述第一桥臂下桥臂包括：第三开关管(S3)和第四开关管(S4)；
所述第三开关管(S3)的负极与所述第四开关管(S4)的正极连接；
所述第二开关管(S2)负极与所述第三开关管(S3)正极连接；
所述第一二极管(D1)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；
所述第七二极管(D7)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接，所述第七二极管(D7)的阴极与所述电源负极连接。


3.如权利要求2所述的一种三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，所述第二桥臂，包括：第二二极管(D2)、第八二极管(D8)、第二桥臂上桥臂和第二桥臂下桥臂；
所述第二桥臂上桥臂包括：第五开关管(S5)和第六开关管(S6)；
所述第五开关管(S5)的负极与所述第六开关管(S6)的正极连接；
所述第二桥臂下桥臂包括：第七开关管(S7)和第八开关管(S8)；
所述第七开关管(S7)的负极与所述第八开关管(S8)的正极连接；
所述第六开关管(S6)负极与所述第七开关管(S7)的正极连接；
所述第一开关管(S1)正极与所述第五开关管(S5)正极连接；
所述第四开关管(S4)负极与所述第八开关管(S8)负极连接；
所述第二二极管(D2)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第二二极管(D2)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；
所述第八二极管(D8)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；所述第八二极管(D8)的阴极与所述电源的负极连接。


4.如权利要求3所述的三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括：第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)和滤波器；
所述第一电容(C1)的一端与所述第二电容(C2)的一端连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第一开关管(S1)和所述第五开关管(S5)的连接点连接，所述第二电容(C2)的另一端与所述第四开关管(S4)和所述第八开关管(S8)负极的连接点连接；
所述第三二极管(D3)的阳极与所述第四二极管(D4)的阴极连接；所述第三二极管(D3)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；所述第四二极管(D4)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接；
所述第五二极管(D5)的阳极与所述第六二极管(D6)的阴极连接；所述第五二极管(D5...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛万兴，吴鸣，吕志鹏，孙丽敬，宋振浩，赵婷，刘国宇，郑楠，雷达，肖莹，王金浩，樊瑞，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11