[发明专利]一种逆变器、控制逆变器的方法及控制装置

说明书

本申请提供了一种逆变器、控制逆变器的方法及装置，用以提高逆变器的效率。该逆变器包括包含有第一第二母线电容、逆变电路的有源钳位三电平拓扑，逆变电路包括第一开关管至第六开关管；第一至第四开关管依次同向串联于正、负直流母线之间；第五和第六开关管同向串联且一端连接于第一和第二开关管的串接点，另一端连接于第三和第四开关管的串接点，且第五和第六开关管的串接点与第一和第二母线电容的串接点相连，各开关管分别反并联一对应的二极管；其中，该逆变器还包括：第七和第八开关管；第七开关管和第八开关管同向串联于正、负直流母线之间，且串接点连接于第二和第三开关管的串接点；第七开关管和第八开关管分别反并联对应的二极管。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种逆变器、控制逆变器的方法及装置。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)已经逐渐成为主流的电力电子变换器控制方式，在不间断供电设备(Uninterruptible PowerSupply，UPS)、光伏逆变器、风能变流器以及电机变流器等方面应用越来越广泛。

从PWM调制逆变器输出的相电压的电平数量上，可将逆变器划分为两电平逆变器器、三电平逆变器器、五电平逆变器以及多电平逆变器，从实现的复杂度上，五电平及更多电平的多电平逆变器实现起来比较困难，目前业界应用较多的是两电平和三电平逆变器。

两电平逆变器实现起来比较简单，成本较低，但是由于开关器件要承受整个母线电压应力，因此必须选择耐压等级较高的开关器件。两电平逆变器的开关损耗较大，限制了PWM开关频率的提高。另外，由于两电平输出电压谐波含量较高，导致输出滤波器的体积和损耗都比较大。

三电平逆变器比两电平逆变器输出电平多，开关器件承受的电压应力为两电平的一半，因此可以选择耐压等级较低的开关器件，开关管的开关损耗较低，输出电压的谐波含量低于两电平，因此输出滤波器的体积可以减小。

常用的三电平拓扑是传统的二极管钳位型三电平(3Level-Netural PointClamped，3L-NPC)拓扑。其拓扑结构示意图如图1所示，由图1可知，所述二极管钳位型三电平拓扑包括：第一母线电容C1、第二母线电容C2和逆变电路，其中，所述C1、C2串联于正、负直流母线之间且串接点接地；所述逆变电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、以及第四开关管S4，且，所述S1、S2、S3、S4依次同向串联于正、负直流母线之间；另外，开关管S1、S2、S3、S4分别反并联一二极管，分别为第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4；再有，所述逆变电路还包括第五二极管D5、以及第六二极管D6；所述D5、D6同向串联后一端连接于S1、S2的串接点，另一端连接于S3、S4的串接点，且D5、D6的串接点连接到C1、C2的串接点；再有，所述二极管钳位型三电平拓扑还包括滤波电路，所述滤波电路可包括相互串联的一电感、一电容，且，所述滤波电路的一端可连接到S2、S3的串接点，另一端接地。

由于钳位二极管和内层钳位开关器件的存在，每相电路可以输出Vdc/2、0、-Vdc/2三个电平(其中，Vdc为直流母线电压)，线电压可以获得5电平的电压输出。例如，当开关管S1和S2开通的时候二极管钳位型三电平拓扑可输出Vdc/2电平(具体可如图2(a)所示，其中，粗线条表示线路导通)，当开关管S2和S3开通的时候二极管钳位型三电平拓扑可输出0电平(具体可如图2(b)所示)，当开关管S3和S4开通的时候二极管钳位型三电平拓扑可输出-Vdc/2电平(具体可如图2(c)所示)，因此，开关管S1和S4承受主要的开关损耗，S2和S3主要承受导通损耗。

也就是说，由图2(a)、图2(b)以及图2(c)可知，3L-NPC拓扑存在唯一的零电平开关状态，根据负载电流的方向，当电流方向为正的时候只能通过上侧中间的开关管S2和二极管D5流过电流，当电流方向为负的时候，只能通过下侧的开关管S3和二极管D6流过电流。由于桥臂中点输出的电流的方向被负载电流唯一确定，因此，输出零电平时的电流是不可控的，这会导致功率器件的损耗不平衡问题。