[发明专利]扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法

说明书

本发明提供了一种扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法，所述扩展多电平升压逆变拓扑包括半桥Ⅰ、半桥Ⅱ和扩展开关电容电路，通过驱动开关管的通断控制所述直流输入电源与所述扩展开关电容电路的串并联转换；所述半桥Ⅰ和所述半桥Ⅱ用于完成扩展开关电容电路输出电平的正负极性转换；逆变拓扑输出电平数量和升压增益可通过开关电容单元的模块化扩展进一步提高，具有n级开关电容子模块的逆变拓扑电路共可输出共2n+3个电压电平，最高电平的电压可达到直流输入电压的(n+1)倍；拓扑减少了器件使用数量，无需复杂的电压平衡控制即可实现电容电压的自平衡，且开关对的互补工作机制简化了调制策略。

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，涉及了一种扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法。

背景技术

多电平逆变拓扑由于拥有更多的输出电平数量，可以减小输出波形的总谐波畸变，进而提高输出电能质量，缩小滤波器尺寸，被广泛应用于分布式光伏发电等新能源领域。

传统的多电平逆变拓扑主要分为中点钳位型、飞跨电容型和级联H桥型三类。其中，中点钳位型和飞跨电容型逆变拓扑存在拓扑结构复杂、电容电压不易平衡等缺点；级联H桥型逆变拓扑虽然具有模块化结构简单、输出控制容易等优点，但随着输出电平数量的增加，需要大量的隔离直流电源，一定程度上限制了它们在工程中的应用。

除此之外，考虑到在分布式光伏发电系统中，单个光伏电池组件的输出电压一般较低，且传统的电压源逆变拓扑一般为降压型逆变拓扑。因此，为了得到较高的交流输出电压，通常采用先前端DC-DC升压、再后端DC-AC的双级式变换结构。但是这种双级式的变换结构整体效率不高，且一定程度上增加了系统体积和总体成本。为了适应新能源领域的发展需求，克服传统多电平逆变拓扑扩展结构复杂、不具备自升压能力的缺点，开关电容技术被应用到多电平逆变拓扑中。

申请号为201910398262.0中国专利公开了一种开关电容N电平逆变拓扑及其调制方法，逆变拓扑包括单个直流输入电源、开关电容单元和全桥单元；通过扩展开关电容子模块，该开关电容N电平逆变拓扑可以输出任意电平0、±V_dc/n、……±iV_dc/n、…±2V_dc（i=1，2，…n），其中，逆变拓扑输出电平数与电容之间的关系为：M_level=4n+1，n为电容数。但是，无论扩展多少个开关电容子模块，扩展开关电容子模块只能提高逆变拓扑输出电能的质量，却无法改变电平增益；该开关电容N电平逆变拓扑输出电平的增益一致保持在2V_dc，为了得到更高的交流输出电压，通常需要采用前端DC-DC升压的结构。

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，从而提供一种扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法。

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扩展多电平升压逆变拓扑，所述扩展多电平升压逆变拓扑包括半桥Ⅰ、半桥Ⅱ和扩展开关电容电路；

所述半桥Ⅰ包括开关管S₁与开关管S₂，所述半桥Ⅱ包括开关管S₃与开关管S₄；所述扩展开关电容电路包括开关电容基础模块和至少一级开关电容子模块；所述开关电容基础模块包括开关管S₁₂、开关管S₀、二极管D₁和电解电容C₁，所述开关电容子模块包括开关管S_i1、开关管S_i2、二极管D_i和电解电容C_i，（i=2，3，……，n）；