[发明专利]一种七电平变换器及其飞跨电容电压控制方法、系统

说明书

本发明公开了一种七电平变换器及其飞跨电容电压控制方法、系统，包括：并联的三相桥臂，每相桥臂包括四个串联的IGBT开关管，每相桥臂中点一侧分别连接两支路，每个支路为两个方向不同的IGBT开关管串联连接；每个支路的另一端分别连接在三个串联飞跨电容的两两连接处；三个串联飞跨电容的支路两端分别连接在每相桥臂相邻两个IGBT开关管之间；每相桥臂的另一侧经滤波器与负载或电网连接；在并联的各个桥臂输入端接入直流电压源；各个IGBT开关管均由控制电路驱动。本发明拓扑相比于传统七电平和其他改进型七电平拓扑，开关器件数量大大减少，从而简化了系统结构降低了系统成本。

技术领域

本发明涉及多电平变换器技术领域，尤其涉及一种内嵌中点钳位的七电平变换器及其飞跨电容电压控制方法、系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

与两电平、三电平变换器相比，多电平变换器的综合性能得到了提高，在可再生能源转换、电机驱动、无功补偿、交通运输等工业应用领域得到了越来越多的关注。多电平转换器能够显著降低AC输出的总谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)，降低开关损耗，降低开关管电压应力(dv/dt)，增加变换器的输入电压范围，减少整体体积和输出滤波器的体积，从而降低成本。

传统的七电平拓扑变换器包括：飞跨电容(Flying capacitor，FC)变换器，中点钳位(neutral point clamped，NPC)变换器，级联(Cascaded H-bridge，CHB)变换器等；飞跨电容变换器的飞跨电容数量多，导致电容电压难以控制；中点钳位变换器的开关管数量多，结构复杂，生产成本高；级联变换器需要多个独立的直流电源，结构和算法复杂，生产成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种七电平变换器及其飞跨电容电压控制方法、系统，采用新型内嵌中点钳位七电平(7Level-Nested Neutral Point Clamped，7L-NNPC)变换器，使用了较少的开关管加飞跨电容的方式实现输出电压七电平，考虑了实际7L-NNPC变换器飞跨电容电压平衡，通过代价函数实时计算最优矢量，将最优矢量下的冗余开关状态全部提出并送入下一级，通过对比几个冗余开关状态对飞跨电容电压的影响，选择影响最小的开关状态，并将其进行修改后给到IGBT管实现控制，以此实现飞跨电容电压的控制。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种七电平变换器，包括：并联的三相桥臂，每相桥臂包括四个串联的IGBT开关管，每相桥臂中点一侧分别连接两支路，每个支路为两个方向不同的IGBT开关管串联连接；每个支路的另一端分别连接在三个串联飞跨电容的两两连接处；三个串联飞跨电容的支路两端分别连接在每相桥臂相邻两个IGBT开关管之间；每相桥臂的另一侧经滤波器与负载或电网连接；在并联的各个桥臂输入端接入直流电压源；各个IGBT开关管均由控制电路驱动。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种七电平变换器的调制方法，包括：

检测变换器三相输出电流，将当前时刻采样到的输出电流值经αβ坐标变换后转化为两相信号，经过拉格朗日外推法计算下一时刻的值；

检测变换器三相输出电压，将当前时刻采样到的输出电压值经αβ坐标变换后转化为两相信号，经过拉格朗日外推法计算下一时刻的值；

将计算得到的电压电流值与电路中元件参数和采样时间进行数学运算离散化后，求得下一时刻在αβ坐标系中的所需矢量；

根据计算的所需矢量确定最优矢量，将最优矢量下的冗余开关状态全部提出并送入下一级；通过对比冗余开关状态对飞跨电容电压的影响，选择影响最小的开关状态，并按照对于飞跨电容电压维持在输出电压有益的原则，对开关状态进行修改后控制IGBT管，实现对飞跨电容电压的控制。