[发明专利]X型模块化扩展多电平变换器及其控制方法

说明书

本发明提供了X型模块化扩展多电平变换器，设置在直流电压源V_dc与负载之间，包括正向桥臂、开关电容单元Ⅰ、开关电容单元Ⅱ与反向桥臂，所述开关电容Ⅰ和开关电容单元Ⅱ为相同结构的开关电容单元，所述正向桥臂的中心点和反向桥臂的中心点，作为多电平变换器的交流电压输出端，该X型模块化扩展多电平变换器具有七种工作模态且可通过拓扑扩展构成更多种工作模态，其开关管的最大电压应力不随电压增益的增加而增大，最大电压应力均不超过直流侧输入电压的2倍，适用于中低压和高压场合。

技术领域

本发明涉及一种多电平变换器，具体的说，涉及了一种X型模块化扩展多电平变换器及其控制方法。

背景技术

随着煤炭，石油和天然气等不可再生能源逐年减少，空气污染日益严重，太阳能和风能等清洁可再生能源的使用也在增加。因此，光伏发电由于其分布广泛，生产过程清洁，维护方便等优点而越来越多地投入生产。

直流到交流的转换是光伏发电的重要环节，因此研究变换器具有非常重要的意义。

由直流电源、有源开关、功率二极管和其他组件组成的多电平变换器可以生成总谐波失真较低的电压波形，并在能量转换中起重要作用。传统的多电平变换器通常分为二极管钳位型、飞跨电容型和级联H桥型。但是，二极管钳位型和飞电容型多电平变换器分别使用大量的钳位二极管和钳位电容器来实现多电平输出，级联的H桥型多电平变换器可以通过串联的H桥输出多电平波形，但是该拓扑需要大量独立的DC电源。

开关电容器结构具有效率高，电压增益大，体积小等优点，因此已逐渐应用于多电平变换器的研究，已成为多电平变换器的主要研究重点。

但是，随着可扩展开关电容多电平变换器的H桥上的电压应力随着输出电压的增加而增加，开关的性能受限导致选择变得困难，这限制了这种变换器的扩展和在高压大功率场合的实际应用。

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，从而提供一种开关管的最大电压应力不随电压增益的增大而变大、开关管的最大电压应力不超过直流侧输入电压的2倍、适用于中低压和高压大功率场合的X型模块化扩展多电平变换器及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种X型模块化扩展多电平变换器，设置在直流电压源V_dc与负载之间，包括正向桥臂、开关电容单元Ⅰ、开关电容单元Ⅱ与反向桥臂，所述开关电容单元Ⅰ和开关电容单元Ⅱ为相同结构的开关电容单元，所述正向桥臂的中心点和反向桥臂的中心点，作为多电平变换器的交流电压输出端；

所述正向桥臂包括串联的开关管S₁和开关管S₂，所述开关管S₁的集电极连接开关管S₂的发射极，所述开关管S₂的集电极连接直流电压源V_dc的正极，所述开关管S₁的发射极连接直流电压源V_dc的负极，所述开关管S₁的集电极与开关管S₂的发射极的中点用于连接负载的一端；