新型混合级联逆变器的制作方法

本发明涉及电力电子中的级联逆变器领域，具体涉及一种新型混合级联逆变器。

背景技术：

多电平逆变器以其低开关频率、低谐波等优点被广泛应用于大功率场合。目前，人们提出了许多多电平逆变器拓扑，与二极管箝位型多电平逆变器和飞跨电容型多电平逆变器相比，级联多电平逆变器不需要额外的二极管和电容器，不需要处理电容电压的不平衡，易于集成和维护，因此级联多电平逆变器在有源电力滤波器、电机驱动器广泛应用，传统的级联逆变器开关器件数较多，利用不同电压等级的直流电源构成的混合h桥级联逆变器能够输出更多的电平数，但是直流电源存在功率倒灌现象，能量会在不同的直流电源之间流动。

技术实现要素：

本发明的目的是在于克服上述现有技术的缺点，提出了一种新的不对称逆变器的拓扑，并由此组成新型混合级联逆变器，该混合级联逆变器在保证直流电源功率不倒灌的前提下可以输出更多的电平数，输出波形谐波小，质量好。

为实现上述目的，该新型混合级联逆变器包括两个级联的不对称逆变器，所述新型混合级联逆变器用于在保证直流电源功率不倒灌的前提下输出对称电平，合理选取直流电源的大小，使得所述混合级联逆变器输出最多的连续电平数，其中一个所述不对称逆变器包括六个开关器件，分别为s11、s12、s13、s14、s15、s16，可以输出6个电平，当s11、s14导通时输出e1+e2+e3，当s11、s15、s16导通时输出e1+e2，当s11、s13导通时输出e1，当s12、s14导通时输出0，当s12、s15、s16导通时输出-e3，当s12、s13导通时输出-e2-e3，另一所述不对称逆变器也包括六个开关器件，分别为s21、s22、s23、s24、s25、s26。

所述不对称逆变器包括左桥臂和右桥臂，所述左桥臂为t型半桥结构，所述右桥臂为普通半桥结构，所述不对称逆变器的输入端包括三个相串联的直流电源，分别称为e1、e2、e3，所述左桥臂和右桥臂共用e2、e3直流电源。

所述左桥臂包括开关器件s3、s4、s5、s6和直流电源e2、e3，所述左桥臂可以输出0、e3、e2+e3三种电平，所述右桥臂包括开关器件s1、s2和直流电源e1、e2、e3，右桥臂可以输出0、e1+e2+e3两种电平。

所述混合级联逆变器在保证直流电源功率不倒灌的前提下输出对称电平：

当s11、s14、s22、s23导通时输出e1+2e2+2e3，当s11、s14、s22、s25、s26导通时输出e1+e2+2e3，当s11、s15、s16、s22、s23导通时输出e1+2e2+e3，当s11、s15、s16、s22、s25、s26导通时输出e1+e2+e3，当s11、s13、s22、s23导通时输出e1+e2+e3，当s11、s14、s22、s24导通时输出e1+e2+e3，当s11、s15、s16、s22、s24导通时输出e1+e2，当s11、s13、s22、s25、s26导通时输出e1+e3，当s11、s13、s22、s24导通时输出e1，当s12、s14、s22、s24导通时输出0，当s12、s13、s21、s23导通时输出-e1-2e2-2e3，当s12、s15、s16、s21、s24导通时输出-e1-e2-2e3，当s12、s13、s21、s25、s26导通时输出-e1-2e2-e3，当s12、s15、s16、s21、s25、s26导通时输出-e1-e2-e3，当s12、s13、s21、s23导通时输出-e1-e2-e3，当s12、s14、s21、s24导通时输出-e1-e2-e3，当s12、s14、s21、s25、s26导通时输出-e1-e2，当s12、s15、s16、s21、s23导通时输出-e1-e3，当s12、s14、s21、s23导通时输出-e1。

合理选取直流电源的大小，可以使得该逆变器输出最多的连续电平数：所述混合级联逆变器在保证直流电源功率不倒灌的前提下可以输出15个电平：e1+2e2+2e3、e1+e2+2e3、e1+2e2+e3、e1+e2+e3、e1+e2、e1+e3、e1、0、-e1-2e2-2e3、-e1-e2-2e3、-e1-2e2-e3、-e1-e2-e3、-e1-e2、-e1-e3、-e1。

所述混合级联逆变器可以输出连续的阶梯波，其中直流电源e1:e2:e3的比值应为1:2:1，比值为此比值可保证。

综上所述，本发明的混合级联逆变器将两个不对称逆变器级联，通过合理选取直流电源大小和安排开关状态，能够在保证直流电源功率不倒灌的前提下，输出15个电平，减少输出谐波，提高输出电压质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明实施例的不对称逆变器的电路图；

图2是本发明实施例的混合级联逆变器的电路图；

图3是本发明实施例中不对称逆变器的输出电平vab与开关状态的关系图表；

图4是本发明实施例的混合级联逆变器的输出电平与不对称逆变器的输出电平的关系图表；

图5是本发明实施例的混合级联逆变器调制方法示意图；

图6是本发明实施例的输出电压vinv的波形图；

图7是本发明实施例的输出电压vo的波形图。

具体实施方式

参照附图1、附图2和附图3，该新型混合级联逆变器包括两个级联的不对称逆变器，不对称逆变器为非对称全桥结构，左桥臂是“t”型三电平逆变器的半桥，右桥臂是两电平逆变器的半桥，最多可以得到六个不同的输出电平，并且输出电平是不对称的，输出的电平包括三个正输出电平、两个负输出电平和一个零电平组成，混合级联逆变器的输出电压是对称的，两个不对称逆变器用于在保证直流电源功率不倒灌的前提下输出对称电平，合理选取直流电源的大小，使得混合级联逆变器输出最多的连续电平数。

不对称逆变器包括六个开关器件，六个开关器件分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，不对称逆变器的输入端包括三个相串联的直流电源，分别为e1、e2、e3。不对称逆变器包括左桥臂和右桥臂，左桥臂为t型半桥结构，右桥臂为普通半桥结构，左桥臂和右桥臂共用e2、e3直流电源，左桥臂包括开关器件s3、s4、s5、s6和直流电源e2、e3，左桥臂可以输出0、e3、e2+e3三种电平，右桥臂包括开关器件s1、s2和直流电源e1、e2、e3，右桥臂可以输出0、e1+e2+e3两种电平，不对称逆变器可以输出6个电平，当s1、s4导通时输出e1+e2+e3，当s1、s5、s6导通时输出e1+e2，当s1、s3导通时输出e1，当s2、s4导通时输出0，当s2、s5、s6导通时输出-e3，当s2、s3导通时输出-e2-e3。

在此定义第一个不对称逆变器的开关器件下角标为s11、s12、s13、s14、s15、s16，定义第二个不对称逆变器的开关器件下角标为s21、s22、s23、s24、s25、s26，两个不对称逆变器的输入端均安装有三个相串联的直流电源，统称为e1、e2、e3，以便于清楚的介绍由两个相同的不对称逆变器组成的混合级联逆变器。

参照附图4，混合级联逆变器在保证直流电源功率不倒灌的前提下输出对称电平：当s11、s14、s22、s23导通时输出e1+2e2+2e3，当s11、s14、s22、s25、s26导通时输出e1+e2+2e3，当s11、s15、s16、s22、s23导通时输出e1+2e2+e3，当s11、s15、s16、s22、s25、s26导通时输出e1+e2+e3，当s11、s13、s22、s23导通时输出e1+e2+e3，当s11、s14、s22、s24导通时输出e1+e2+e3，当s11、s15、s16、s22、s24导通时输出e1+e2，当s11、s13、s22、s25、s26导通时输出e1+e3，当s11、s13、s22、s24导通时输出e1，当s12、s14、s22、s24导通时输出0，当s12、s13、s21、s23导通时输出-e1-2e2-2e3，当s12、s15、s16、s21、s24导通时输出-e1-e2-2e3，当s12、s13、s21、s25、s26导通时输出-e1-2e2-e3，当s12、s15、s16、s21、s25、s26导通时输出-e1-e2-e3，当s12、s13、s21、s23导通时输出-e1-e2-e3，当s12、s14、s21、s24导通时输出-e1-e2-e3，当s12、s14、s21、s25、s26导通时输出-e1-e2，当s12、s15、s16、s21、s23导通时输出-e1-e3，当s12、s14、s21、s23导通时输出-e1。

附图5所示为本例所采取的载波同相层叠pwm调制策略。

参照附图6和附图7，用matlab/simulink对所提出的级联逆变器进行了仿真验证,仿真参数为:e11=e21=50v,e12=e22=100v,e13=e23=50v,l=5mh,c=14μf,r=5ω,fs=1.67khz，vin和vo的输出波形表明该级联逆变器具有15个输出电平，其中vinv为附图2所示的逆变器直接输出的电压，vo为逆变器经过电感滤波后的输出电压。

综上，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。