基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器，涉及三相多电平逆变器技术领域。其拓扑分为前、后两级电路，前级电路为n个并联的T型升压支路；每个T型升压支路包含有一个电感、两个全控型功率开关，以及两个功率二极管。后级电路是H6换流桥结构。该逆变器能够以更少的功率开关数目和更小的体积实现相同的三相多电平电流输出能力。前级与后级电路的功率开关承担不同功率等级的电流，因而可以实现功率开关的差异化配置，整体设备所需的成本较低。同时，随着开关组合数目的显著减少，调制算法的实现方式也可以更加简洁。调制算法的实现方式也可以更加简洁。调制算法的实现方式也可以更加简洁。

【技术实现步骤摘要】
基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器


[0001]本专利技术涉及三相多电平逆变器
，尤其涉及一种基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在环境污染、能源危机和全球气候变暖的背景下，新能源的开发有利于缓解能源短缺问题。在这一过程中，逆变器是连接新能源与交流电网的核心接口装备，对新能源发电系统的性能至关重要。
[0004]逆变器按照直流源的供电形式可分为两大类：电压源型逆变器(Voltage source inverter，VSI)和电流源型逆变器(Current source inverter，CSI)。由于效率优势和电压源易于获取的特点，电压源型逆变器是目前最为常用的逆变器。相较于电压源型逆变器，电流源型逆变器具备一些独有的特点，包括更高的可靠性以及故障容错和升压能力，目前在光伏发电、电力有源滤波和无功补偿等场合都获得了应用。三相多电平电流源型逆变器通常使用在大功率应用场合，其功率开关的电流应力更小，损耗更低，并且输出电能质量更好。
[0005]现有的各种三相多电平电流源型逆变器，其拓扑都采用多个传统三相三电平电流源型逆变器的串、并联集成结构。但该拓扑构造方式功率开关器件数量较多，所需成本和体积较大，并且开关组合数目会随着电平数的增多呈指数式上升，调制算法的实现方式非常复杂。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器。其拓扑分为前、后两级电路，能够以更少的功率开关数目和更小的体积实现相同的三相多电平电流输出能力。前级与后级电路的功率开关承担不同功率等级的电流，因而可以实现功率开关的差异化配置，整体设备所需的成本较低。同时，随着开关组合数目的显著减少，调制算法的实现方式也可以更加简洁。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]本公开第一方面提供了一种基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器，包括：
[0009]前级电路和后级电路，前级电路为n个并联的T型升压支路；每个T型升压支路包含有一个电感、两个全控型功率开关，以及两个功率二极管；功率开关与功率二极管应形成串联组合结构，其中一个串联组合结构并联在直流母线上，另一个串联组合结构串联在直流母线上并与后级电路相连；后级电路是H6换流桥结构。
[0010]进一步的，前级电路中，同一个T型升压支路上功率开关的开关状态互补，即其中
一个开关闭合导通时，另一个开关应该断开；一个开关断开时另一个开关应该闭合导通。
[0011]进一步的，当T型升压支路采用相同参数进行配置时，电路中的各个电感可以采用耦合式构造方法使其体积获得缩减。
[0012]进一步的，前级电路中每个T型升压支路中的功率开关承载一个单位电平的电流I
d
，后级电路的功率开关承受的最大电流为n*I
d
。
[0013]进一步的，逆变器集成了2n+6个功率开关和2n+6个功率二极管，当应用条件满足功率因数角小于30度时，逆变器仅需要n+6个功率开关和2n+6个功率二极管。
[0014]进一步的，后级电路每个桥臂由功率开关串联功率二极管构成。
[0015]进一步的，后级电路采用单直流电源连接前级多并联的T型升压支路。
[0016]进一步的，后级电路采用多个直流电源通过分布式连接方式接入各个T型升压支路的输入端。
[0017]进一步的，后级电路通过H6换流桥的经典变流操作，在交流侧实现大矢量、中矢量、小矢量和零矢量4种工作状态。
[0018]进一步的，前级电路构造的n+1电平电流，在后级电路经过逆变换流操作，在逆变器交流出口处输出2n+1电平的电流，经过滤波器，最终以三相正弦电流的形式注入负载。
[0019]上述本专利技术的实施例的有益效果如下：
[0020]本专利技术提出了一种基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器,电路结构分为前后两级。其中，前级电路由若干个T型升压支路并联组成，能够提供多电平电流，电感可以通过采用耦合的方式缩小体积；后级电路采用H6换流桥结构，能够实现三相逆变输出。与传统三相多电平电流源型逆变器相比，该电路的结构更为简洁，具备更少的功率开关器件数目和更小的体积。
[0021]本专利技术的三相多电平电流源型逆变器在满足功率因数角小于30度的应用场合，可对电路的硬件配置执行优化，进一步缩减功率开关器件的数目。
[0022]本专利技术前级T型升压支路的功率开关应承担一个单位电平的电流，而后级H6换流桥中的功率开关需要最多承受n个单位电平的电流，因此前后级的不同功率开关可以进行差异化配置，进一步优化整体设备的成本。该逆变器的开关组合数目显著少于传统的三相多电平电流源型逆变器，因而能够简化调制算法的实现方式。
附图说明
[0023]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0024]图1为传统三相五电平电流源型逆变器拓扑示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例中升压耦合的三相多电平电流源型逆变器前级电路中单个T型升压支路结构；
[0026]图3为本专利技术实施例中升压耦合的双级式三相七电平电流源型逆变器电路结构图；
[0027]图4为本专利技术实施例中升压耦合的双级式三相七电平电流源型逆变器的电流空间矢量图；
[0028]图5(a)为本专利技术实施例中采用单直流电源的升压耦合的双级式三相多电平电流
源型逆变器整体电路结构示意图；
[0029]图5(b)为本专利技术实施例中采用多直流电源的升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器整体电路结构示意图；
[0030]图6为本专利技术实施例中升压耦合的双级式三相多电平电流源逆变器的电流空间矢量图。
具体实施方式：
[0031]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0032]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
[0033]现有的三相多电平电流源型逆变器，为实现2n+1电平电流的输出(n≥2)，需要采用n个传统三相三电平电流源型逆变器进行串、并联集成，如图1所示，因而需要6n个功率开关和6n个功率二极管。图1展示了一个典型的传统三相五电平电流源型逆变器，I
dc
是直流电源的输入电流，L1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器，其特征在于，包括：前级电路和后级电路，前级电路为n个并联的T型升压支路；每个T型升压支路包含有一个电感、两个全控型功率开关，以及两个功率二极管；功率开关与功率二极管应形成串联组合结构，其中一个串联组合结构并联在直流母线上，另一个串联组合结构串联在直流母线上并与后级电路相连；后级电路是H6换流桥结构。2.如权利要求1所述的基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器，其特征在于，前级电路中，同一个T型升压支路上功率开关的开关状态互补，即其中一个开关闭合导通时，另一个开关断开；一个开关断开时另一个开关闭合导通。3.如权利要求1所述的基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器，其特征在于，当T型升压支路采用相同参数进行配置时，电路中的各个电感可以采用耦合式构造方法使其体积获得缩减。4.如权利要求1所述的基于升压耦合的双级式三相多电平电流源型逆变器，其特征在于，前级电路中每个T型升压支路中的功率开关承载一个单位电平的电流I
d
，后级电路的功率开关承受的最大电流为n*I
d
。5.如权利要求1所述的基于升压耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟琦，孟祥剑，相征，王浩旭，黄慧敏，张玉敏，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：