一种混合型对称五电平逆变器及其控制方法和逆变设备与流程

本发明属于电力电子设备，涉及逆变器，特别涉及一种sic/si混合型对称五电平逆变器，以及其控制方法和逆变设备。

背景技术：

1、在目前工业中广泛应用的五电平拓扑，面临箝位器件数量急剧增多、中点电压难以平衡的难题。

2、为了大幅提高等效开关频率，本发明的思路是将不同的多电平拓扑有机结合，提出一种混合多电平拓扑。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种sic/si混合型对称五电平逆变器拓扑结构。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种sic/si混合型对称五电平逆变器，包括高频模块和高压模块；所述的高频模块为三电平dc/dc电路结构，使用功率管均采用sic功率管，包括依次串接的sic功率管s1～s4，所述功率管s1的漏极与直流母线侧的第一电容c1的正极端连接，所述功率管s2的集电极与功率管s3的漏极之间的连线与直流母线侧的第一电容c1和第二电容c2之间的连线连接，功率管s4的集电极与第二电容c2的负极端连接；所述的高压模块为一个h桥逆变电路，使用的功率管均采用si功率管，包括si功率管s5～s8，所述功率管s5与功率管s7串接，功率管s6与功率管s8串接，功率管s5～s6的集电极与功率管s1～s2之间的连线连接，功率管s7～s8的发射极与功率管s3～s4之间的连线连接，功率管s1和功率管s2互补导通，功率管s3和功率管s4互补导通，功率管s5和功率管s7互补导通，功率管s6管和功率管s8互补导通；每个sic功率管和si功率管均反并联一个快恢复二极管。

3、本发明的目的之二在于提供一种sic/si混合型对称五电平逆变器的控制方法，根据逆变器所需的基波频率调节高压模块中各个si功率管的通断，通过双重载波移相控制高频模块中各个sic功率管的通断，包括如下步骤：

4、当参考基波电压大于零时，功率管s5和功率管s8导通同时功率管s6和功率管s7关断；否则功率管s5和功率管s8关断同时功率管s6和功率管s7导通；

5、当参考调制电压大于零时，功率管s5和功率管s8导通，否则关断；当参考调制电压小于零时，功率管s6和功率管s7导通，否则功率管s6和功率管s7关断。

6、进一步，载波电压为两个相位差半个周期的连续波形，当参考调制电压大于第一三角载波电压时，功率管s1导通功率管s2关断；否则功率管s1关断功率管s2导通；当参考调制电压大于第二载波电压时，功率管s3导通功率管s4关断，否则功率管s3导通功率管s4关断。

7、进一步，在参考电压的正半周期，功率管s5和功率管s8一直保持导通状态，而高频模块的sic功率管s1～s4不停开关，当直流侧电压为2e时，输出的电平状态为2e、e和0；在参考电压的负半周期，功率管s6和功率管s7保持导通状态，而高频模块的sic功率管s1～s4不停开关，当直流侧电压为2e时，输出的电平状态为-2e、-e和0。

8、本发明的目的之三在于提供一种逆变设备，包括上述混合型对称五电平逆变器。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

10、1，本发明在高压单元中的器件构成一个h桥电路，h桥工作在双极调制状态，而前级高频单元为三电平dc/dc变换器，输出的最高电压为全部母线电压，从而可知后级高压单元中的硅器件承受的静态电压的最大值应为全部母线电压。

11、2，本发明高频单元中的器件需要在载波周期内开通关断以实现pwm的调制策略，即前级高频单元中的器件的开关频率即为拓扑控制的载波频率即pwm频率，而后级高压单元的h桥电路负责输出电压的极性调制，每个基波周期只需要动作一次即可，即高频单元中的器件的开关频率为输出的基波频率。

12、3，本发明高频单元中的器件需要工作在pwm频率的较高开关频率，但是只需承受四分之一的母线电压，后级高压单元的器件需要承受全部的母线电压，但是只需要开关在基波频率即可，即通过该拓扑变换器将对器件的耐压等级和开关频率等级要求分开，使得在不同的电路单元中分别可以利用硅器件的价格优势和sic器件性能的优势，提高逆变器开关频率同时抑制成本。

技术特征：

1.一种混合型对称五电平逆变器，其特征在于：包括高频模块和高压模块；所述的高频模块包括依次串接的sic功率管s1～s4，所述功率管s1的漏极与直流母线侧的第一电容c1的正极端连接，所述功率管s2的集电极与功率管s3的漏极之间的连线与直流母线侧的第一电容c1和第二电容c2之间的连线连接，功率管s4的集电极与第二电容c2的负极端连接；所述的高压模块包括si功率管s5～s8，所述功率管s5与功率管s7串接，功率管s6与功率管s8串接，功率管s5～s6的集电极与功率管s1～s2之间的连线连接，功率管s7～s8的发射极与功率管s3～s4之间的连线连接，功率管s1和功率管s2互补导通，功率管s3和功率管s4互补导通，功率管s5和功率管s7互补导通，功率管s6管和功率管s8互补导通；每个sic功率管和si功率管均反并联一个快恢复二极管。

2.一种如权利要求1所述的混合型对称五电平逆变器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种混合型对称五电平逆变器的控制方法，其特征在于，载波电压为两个相位差半个周期的连续波形，当参考调制电压大于第一三角载波电压时，功率管s1导通功率管s2关断；否则功率管s1关断功率管s2导通；当参考调制电压大于第二载波电压时，功率管s3导通功率管s4关断，否则功率管s3导通功率管s4关断。

4.根据权利要求2或3所述的一种混合型对称五电平逆变器的控制方法，其特征在于，在参考电压的正半周期，功率管s5和功率管s8保持导通状态，功率管s1～s4不停开通与关断；在参考电压的负半周期，功率管s6和功率管s7保持导通状态，功率管s1～s4不停开通与关断。

5.一种逆变设备，其特征在于，包括如权利要求1所述的混合型对称五电平逆变器。

技术总结
本发明公开了一种SiC/Si混合型对称五电平逆变器，该逆变器每相拓扑由三电平DC/DC变换器及个H桥逆变电路组成，高频模块为三电平DC/DC电路结构，由低耐压等级的高频器件SiC功率管S1～S4组成，高压模块为一个H桥逆变电路，由高耐压等级的低频器件Si功率管S5～S8组成；还公开了其控制方法，以及逆变设备；由此解决了器件耐压和开关频率难以同时满足的矛盾，同时可极大程度控制成本降低了五电平电路的成本。

技术研发人员：谢鹏飞,柳思奇,刘乐,刘世玉,王奎
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11