一种单电容的三相三电平逆变器拓扑结构.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116015084A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310229297.8(22)申请日2023.03.10(71)申请人湘潭大学地址411105湖南省湘潭市雨湖区(72)发明人胡毕华唐兆宏秦祥雲陈智勇刘一锋陈才学盘宏斌谭平安朱江刘魏宏(51)Int.Cl.H02M7/483(2007.01)H02M7/5387(2007.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种单电容的三相三电平逆变器拓扑结构(57)摘要本发明提出一种单电容的三相三电平逆变器拓扑结构及其电容电压平衡调制策略。拓扑结构包含十二个开关管和一个飞跨电容，其三相对称且每相由四个开关管组成，三相共用一个飞跨电容。当电源电压为Vdc时，通过调制策略使电容电压稳定在0.5Vdc，此时，每相可产生0、0.5Vdc、Vdc三种电平。针对该拓扑，提出相应的空间矢量调制策略，以控制开关管的通断。本发明与传统的三相三电平飞跨电容逆变器相比较，省去了两个电容，减少了装置的体积，提高了功率密度，节约了硬件成本；同时，电容的减少，使得原先要平衡三个电容的电压，现只需平衡一个，减少了逆变器系统的复杂度，提高了稳定性。CN116015084ACN116015084A权利要求书1/1页1.一种单电容的三相三电平逆变器，其特征在于，拓扑结构由十二个开关管和一个飞跨电容组成，该拓扑对传统三相三电平飞跨电容逆变器进行简化，省去两个电容，三相对称且共用一个电容，当输入电源电压为Vdc时，令电容电压始终保持0.5Vdc，单相可输出0、0.5Vdc、Vdc三种电平。2.根据权利要求1所述的逆变器，其拓扑结构为：由直流电压源Vdc、飞跨电容C、十二个开关管(以N沟道MOSFET来说明)Sa1～Sa4、Sb1～Sb4、Sc1～Sc4组成。电压源Vdc的正极与Sa1、Sb1、Sc1的漏极相连；Vdc的负极与Sa3、Sb3、Sc3的源极和电容C阴极相连；Sa2接在Sa1与Sa3之间，Sa2的漏极与Sa1的源极相连，且Sa2的源极与Sa4的漏极相连；Sb2接在Sb1与Sb3之间，Sb2的漏极与Sb1的源极相连，且Sb2的源极与Sb4的漏极相连；Sc2接在Sc1与Sc3之间，Sc2的漏极与Sc1的源极相连，且Sc2的源极与Sc4的漏极相连；Sa4的源极与电容C的阳极连接，Sa4的漏极接入到Sa1的源极与Sa2的漏极之间；Sb4的源极与电容C的阳极连接，Sb4的漏极接入到Sb1的源极与Sb2的漏极之间；Sc4的源极与电容C的阳极连接，Sc4的漏极接入到Sc1的源极与Sc2的漏极之间；A相输出从Sa2与Sa3间引出，B相输出从Sb2与Sb3间引出，C相输出从Sc2与Sc3间引出。3.权利要求2所述的拓扑结构中，开关管可选择功率匹配的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属‑氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，等全控型功率开关器件；直流电压源Vdc可为经整流的直流电压，也可由蓄电池、光伏电池等提供直流电压。4.根据权利要求1所述的逆变器，不仅可用于光伏等新能源发电并网，也可带三角形连接或星形连接的负载，负载可以是纯阻性、纯感性、纯容性、阻感性、阻容性。5.根据权利要求2所述的单电容的三相三电平飞跨电容型逆变器拓扑结构，其特征在于，可用于整流，将三相交流电从逆变器的输出端接入，此拓扑可将交流电转换为直流电，用于储能等领域。2CN116015084A说明书1/4页一种单电容的三相三电平逆变器拓扑结构技术领域[0001]本发明属于电力电子变换器技术领域，特别涉及一种单电容的三相三电平飞跨电容型逆变器拓扑结构及其相应的电容电压平衡调制策略，主要可应用于光伏发电及储能等场合。技术背景[0002]传统三相三电平飞跨电容型逆变器由于具有较多飞跨电容，其存在着硬件成本高、需平衡电压的电容较多、系统可靠性较低等问题。因此，其虽具有电平数量易拓展的特点，但实际科研成果转化程度并不高，拓扑结构上存在改善空间。[0003]本发明在传统三相三电平飞跨电容逆变器拓扑上删减了两个电容并调整了开关管的位置，提出一种单电容的三相三电平逆变器拓扑结构，同时，提出了与之匹配的调制策略来平衡电容电压，解决了硬件成本高、功率密度低、系统可靠性较低等痛点，更易满足现实需求。发明内容[0004]本发明的目的在于解决传统三相三电平飞跨电容型逆变器飞跨电容过多导致的产品体积大、成本高、可靠性低等问题，提出了一种单电容三相三电平逆变器及其电容电压平衡调制策略。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：[0005]本拓扑结构的A、B、C三相结构都相同，且共用一个飞跨电容C，整个电路由直流电压源Vdc、飞跨电容C、十二个开关管(以N沟道MOSFET来说明)Sa1～Sa4、S