[发明专利]高增益多电平DC/AC变流拓扑及方法

说明书

本发明提供了一种高增益多电平DC/AC变流拓扑及方法，所述变流拓扑包括第一开关电容电路、第二开关电容电路、桥臂Ⅰ和桥臂Ⅱ；通过控制所述第一开关电容电路和所述第二开关电容电路中的电解电容的不等值充电，以及直流输入电源与所述电解电容之间的串并联转换，所述第一开关电容电路和所述第二开关电容电路共同对所述直流输入电源输出的电压信号进行升压变换，以输出多阶梯电压。本发明只需设置两个电解电容，通过驱动变流拓扑中开关管的通断，控制第一开关电容电路和第二开关电容电路中的电解电容的不等值充电以及电源与各电容间的串并联转换，即可同时实现变流拓扑的9电平电压输出和4倍升压增益，并且具有低开关电压应力等优点。

技术领域

本发明涉及电能变换与新能源发电领域，具体的说，涉及了一种高增益多电平DC/AC变流拓扑及方法。

背景技术

由于能够通过增加输出电压的阶梯电平数量以更好地拟合正弦波，具备降低输出波形的总谐波畸变，提高输出电能质量，缩小滤波器尺寸，降低系统成本等优点，DC/AC变流器在分布式光伏发电等可再生能源利用领域受到研究人员的广泛关注。

传统的DC/AC变流器主要分为中点钳位型、飞跨电容型和级联H桥型。与两电平DC/AC变流器相比，传统多电平DC/AC变流器虽然具有输出电能质量高、功率范围大等优点，但是二极管钳位型和飞跨电容型变流器存在拓扑结构复杂、母线电容电压不易平衡等问题，级联型变流器需要额外的独立直流电源，并且随着输出电平数量的增多，使用的开关器件数量大幅增加。

除此之外，传统的电压源DC/AC变流器多为降压型变流器，因此在分布式光伏发电等需要升压的场合，通常需要在DC/AC逆变前级增加DC/DC升压环节，这无疑增大了系统体积和成本、降低了系统工作效率。

因此，为了适应可再生能源发电领域的发展需求，克服传统多电平DC/AC变流器种种局限，开关电容多电平DC/AC变流器成为一种理想的选择。

但现有的开关电容多电平DC/AC变流器为了实现4倍的高增益往往需要设置至少三个电容，且电容体积大，导致整个DC/AC变流器重量增加。此外，部分开关器件需要承受变流器升压所累积的电压应力，而选用高耐压器件将会增大系统成本。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种高增益多电平DC/AC变流拓扑及方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供一种高增益多电平DC/AC变流拓扑，包括第一开关电容电路、第二开关电容电路、桥臂Ⅰ和桥臂Ⅱ；

所述第一开关电容电路包括开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃、开关管S₄、开关管S₈和电解电容C₁；所述第二开关电容电路包括开关管S₅、开关管S₆、开关管S₇、开关管S₉、开关管S₁₀和电解电容C₂；所述桥臂Ⅰ包括开关管T₁和开关管T₂，所述桥臂Ⅱ包括开关管T₃和开关管T₄；其中，