扩展型多输入多电平变换电路与控制方法技术

本发明专利技术提供一种扩展型多输入多电平变换电路，包括前级变换器X和后级全桥单元Y，前级变换器X包括直流输入电压源V

【技术实现步骤摘要】
扩展型多输入多电平变换电路与控制方法
本专利技术涉及电力电子与电能变换、新能源发电和中低压灵活配电领域，具体的说，涉及了一种扩展型多输入多电平变换电路与控制方法。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，多电平逆变器被广泛应用于新能源、电动汽车和分布式发电系统。与传统逆变器相比，多电平逆变器输出近正弦阶梯电压波形，能够提高输出波形质量，降低总谐波畸变率和du/dt。同时多电平逆变器具有低电压应力的特点，适合于高压、大功率的场合。在千瓦级逆变器的应用中，多电平逆变器也具有较高的效率和功率密度。传统的多电平逆变器通常利用单个输入端口输出多个电平的电压阶梯波形，但在基于分布式发电和微电网的新能源发电中常具有多个输入直流电源。为了将单输入逆变器应用于具有多个输入电源的场合，需要将多个直流电源串联接入逆变器或者使得多个单输入逆变器并联工作。然而直流电源串联需要考虑电源之间的电压平衡问题，并且逆变器中开关管两端的电压应力会随之增加。另外单输入逆变器并联工作需要复杂的控制策略。为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种扩展型多输入多电平变换电路，本专利技术还提供了适用于该扩展型多输入多电平变换电路的控制方法。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种扩展型多输入多电平变换电路，该变换电路包括前级变换器X和后级全桥单元Y，所述前级变换器X用于输出电压电平，所述后级全桥单元Y与所述前级变换器X连接，用于实现电压电平的极性转换；所述前级变换器X包括直流输入电压源V0和i个开关电容基本模块；所述扩展型多输入多电平变换电路的输出电平数N与所述开关电容基本模块个数i之间的关系为：N＝4i+5；所述开关电容基本模块包含开关管Si,1、开关管Si，2、开关管Si,3、开关管Si，4，二极管Di，1、二极管Di，2、二极管Di，3，电容Ci和直流输入电压源Vi，i∈N*：所述二极管Di，1的阴极、所述电容Ci的正极均和所述开关管Si,4的发射极相连接；所述开关管Si,1的发射极与所述二极管Di,2的阳极相连接；所述电容Ci的负极、所述二极管Di,2的阴极、所述开关管Si,2的集电极均和所述开关管Si,3的发射极相连接；所述开关管Si,4的集电极与所述二极管Di,3的阴极相连接；所述二极管Di,3的阳极、所述开关管Si,3的集电极均和所述直流输入电压源Vi的正极相连接；所述直流输入电压源Vi-1的正极连接所述开关管Si,1的集电极；所述直流输入电压源V0的正极还连接所述D1，1的阳极，所述二极管Di,1的阴极连接所述二极管Di+1，1的阳极；所述直流输入电压源Vi-1的负极分别连接所述开关管Si，2的发射极和所述直流输入电压源Vi的负极；所述后级全桥单元Y包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4；所述开关管Q1的集电极与所述开关管Q2的集电极相连接；所述开关管Q1的发射极与所述开关管Q3的集电极相连接；所述开关管Q2的发射极与所述开关管Q4的集电极相连接；所述开关管Q3的发射极与所述开关管Q4的发射极相连接；所述开关管Q1的发射极和所述开关管Q2的发射极之间连接负载；所述后级全桥单元Y中开关管Q1的集电极与所述前级变换器X中开关管Si，4的发射极相连接；所述后级全桥单元Y中开关管Q3的发射极与所述前级变换器X中直流输入电压源Vi的负极相连接。基于上述，所述直流输入电压源Vi的电压大于所述直流输入电压源Vi-1的电压。基于上述，所述开关管Si,1、所述开关管Si，2、所述开关管Si,3、所述开关管Si,4、所述开关管Q1、所述开关管Q2、所述开关管Q3、所述开关管Q4均采用IGBT管或MOS管，其中，所述开关管Si，2的集电极和发射极之间不存在反并联二极管或寄生二极管，所述开关管Si，1、所述开关管Si，3、所述开关管Si，4、所述开关管Q1、所述开关管Q2、所述开关管Q3、所述开关管Q4的集电极和发射极之间存在反并联二极管或寄生二极管。本专利技术第二方面提供一种扩展型多输入多电平变换方法，包括：生成驱动信号，通过所述驱动信号控制前述的扩展型多输入多电平变换电路工作在4i+5种工作模态，输出4i+5种电平。基于上述，生成驱动信号时，执行：获取一个频率为fs、幅值为Us的正弦调制波us与4i+4路具有相同频率fc和相同幅值Uc的三角载波uc1-uc(4i+4)；基于正弦调制波us与4i+4路三角载波uc1-uc(4i+4)的比较结果进行比较，输出4i+4路脉冲信号u1-u4i+4；通过对4i+4路脉冲信号u1-u4i+4进行相关逻辑组合，获得用于控制开关管状态的4i+4路驱动信号。本专利技术第三方面提供一种扩展型多输入多电平变换系统，包括控制器和扩展型多输入多电平变换电路，所述扩展型多输入多电平变换电路为前述扩展型多输入多电平变换电路。基于上述，所述控制器控制所述扩展型多输入多电平变换电路中的开关管动作时，执行前述扩展型多输入多电平变换方法的步骤。本专利技术第四方面提供一种可读存储介质，其上存储有指令，该指令被处理器执行时实现如前述的扩展型多输入多电平变换方法的步骤。本专利技术相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本专利技术提供了一种扩展型多输入多电平变换电路、控制方法及系统，通过调整开关电容基本模块中开关管Si，4的位置，实现了开关电容基本模块的级联，从而使得扩展型多输入多电平变换电路可以同时具有多个大小不同的直流输入源，有效地用于新能源和分布式发电等具有多个直流输入电源的场合；同时在一个工作周期的不同阶段，不同开关电容基本模块种的电容Ci被分别充电至固定电压值，不存在电容电压的持续偏移问题；因此，在实现变流拓扑的4i+5电平电压输出的同时，本专利技术无需额外复杂的控制回路即可实现电容电压的自平衡。附图说明图1为本专利技术所述扩展型多输入多电平变换电路的结构框图。图2至图18为本专利技术在开关电容基本模块的个数为3时所述扩展型多输入多电平变换电路的不同工作模态的示意图。图19为本专利技术的载波层叠脉冲宽度调制原理图。图20为本专利技术生成的驱动信号图。图21为本专利技术的输出电压波形图。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例1如图1所示，本专利技术提供一种扩展型多输入多电平变换电路，该变换电路包括前级变换器X和后级全桥单元Y，所述前级变换器X用于输出电压电平，所述后级全桥单元Y与所述前级变换器X连接，用于实现电压电平的极性转换；所述前级变换器X包括直流输入电压源V0和i个开关电容基本模块；所述开关电容基本模块包含开关管Si，1、开关管Si，2、开关管Si，3、开关管Si，4，二极管Di，1、二极管Di，2、二极管Di，3，电容Ci和直流输入电压源Vi，i∈N*；所述二极管Di，1的阴极、所述电容Ci的正极均和所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扩展型多输入多电平变换电路，其特征在于：包括前级变换器X和后级全桥单元Y，所述前级变换器X用于输出电压电平，所述后级全桥单元Y与所述前级变换器X连接，用于实现电压电平的极性转换；/n所述前级变换器X包括直流输入电压源V

【技术特征摘要】
1.一种扩展型多输入多电平变换电路，其特征在于：包括前级变换器X和后级全桥单元Y，所述前级变换器X用于输出电压电平，所述后级全桥单元Y与所述前级变换器X连接，用于实现电压电平的极性转换；
所述前级变换器X包括直流输入电压源V0和i个开关电容基本模块；所述扩展型多输入多电平变换电路的输出电平数N与所述开关电容基本模块个数i之间的关系为：N＝4i+5；
所述开关电容基本模块包含开关管Si，1、开关管Si，2、开关管Si，3、开关管Si，4，二极管Di，1、二极管Di，2、二极管Di，3，电容Ci和直流输入电压源Vi，i∈N*；
所述二极管Di，1的阴极、所述电容Ci的正极均和所述开关管Si，4的发射极相连接；所述开关管Si，1的发射极与所述二极管Di，2的阳极相连接；所述电容Ci的负极、所述二极管Di，2的阴极、所述开关管Si，2的集电极均和所述开关管Si，3的发射极相连接；所述开关管Si，4的集电极与所述二极管Di，3的阴极相连接；所述二极管Di，3的阳极、所述开关管Si，3的集电极均和所述直流输入电压源Vi的正极相连接；
所述直流输入电压源Vi-1的正极连接所述开关管Si，1的集电极；所述直流输入电压源V0的正极还连接所述D1，1的阳极，所述二极管Di，1的阴极连接所述二极管Di+1，1的阳极；所述直流输入电压源Vi-1的负极分别连接所述开关管Si，2的发射极和所述直流输入电压源Vi的负极；
所述后级全桥单元Y包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4；所述开关管Q1的集电极与所述开关管Q2的集电极相连接；所述开关管Q1的发射极与所述开关管Q3的集电极相连接；所述开关管Q2的发射极与所述开关管Q4的集电极相连接；所述开关管Q3的发射极与所述开关管Q4的发射极相连接；所述开关管Q1的发射极和所述开关管Q2的发射极之间连接负载；
所述后级全桥单元Y中开关管Q1的集电极与所述前级变换器X中开关管Si，4的发射极相连接；所述后级全桥单元Y中开关管Q3的发射极与所述前级变换器X中直流输入电压源Vi的负极相连接。


2.根据权利要求1所述的扩展型多输入多电平变换电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王要强，王哲，刘文君，王克文，章健，梁军，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41