[发明专利]一种适用于混合级联H桥的改进混合调制方法

说明书

本发明公开一种适用于电压比为1:1:2的混合级联H桥多电平逆变器的改进型混合调制方法，属于多电平变流器PWM技术领域。该方法将高压单元与低压单元进行单独控制。高压部分采用阶梯波调制得到高压单元的脉冲信号。低压部分采用阶梯波调制与PWM调制相结合的混合调制，其中PWM调制是使用单载波的类似单极性倍频的调制方式，将这两种调制方法进行排序，利用1/4周期循环的方式分别对低压单元实现调制得到低压单元的优化脉冲信号。本发明的方法提高了逆变器输出电压的等效开关频率，实现了低压单元相内、相间开关管功率损耗一致，同时实现了低压单元间的输出功率均衡控制，提高了该逆变器的实用性。

技术领域

本发明属于多电平变流器PWM技术领域，具体涉及一种直流侧电压比为1:1:2的混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，电力电子装置的电压和容量等级也随之日益提高，传统的两电平变流技术受器件耐压及输出电压性能的影响已经无法适应大功率高压场合。多电平逆变技术的应运而生，通过拓扑的改变降低了功率器件的电压应力，改善了输出电压的波形质量，同时大大降低了输出电压的变化率，减小了电磁干扰。

在多电平逆变器中，级联H桥型逆变器由于其结构简单、谐波性能好、不存在电压不均衡问题而被广泛应用在电能质量管理、新能源并网等领域，但对于该拓扑而言，增加电平数提高输出电压的波形质量，就需要增加级联数量，这无疑提高了成本，也使得控制更为复杂。于是，有学者提出直流侧不对称的混合级联桥的拓扑结构，该拓扑在输出相同电平的情况下，减少了级联单元的数量，具有很好的研究价值。

混合级联H桥逆变器采用传统混合调制方法时，往往存在高压单元与低压单元输出电压极性相反的状态，当直流侧使用二极管整流时就会产生高压单元向低压单元能量倒灌问题，使得直流侧电容电压升高，从而导致逆变器输出波形质量下降，甚至烧毁装置。其中混合级联H桥逆变器根据直流侧电压比的不同可以分成多种不同类型的结构，有常见的电压比为1:2、1:3的结构，也有1:1:2等多低压单元的结构。多低压单元的混合级联逆变器在电平跳变时，往往有更多的冗余开关状态，不需要设计更多的载波和额外的逻辑重组，通过合理的选择就可以解决电流倒灌问题，但存在着低压单元间输出功率不均衡问题。

如图1所示为电压比1:1:2的混合级联H桥逆变器的拓扑结构，该拓扑由两个直流源为E的低压单元 H1、H2和一个直流源为2E的高压单元H3组成。本发明的调制方法在保证无能量倒灌问题的情况下，可以使得高压单元工作在低频状态，降低了整体开关损耗，逆变器输出电压的等效开关频率可达实际开关频率的两倍，同时低压单元的功率均衡控制使得低压单元在半个输出电压周期内实现输出功率平衡，提高了该逆变器的实用性。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提出一种适用于电压比为1:1:2的混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法，提高了逆变器输出电压的等效开关频率，实现了低压单元相内、相间开关管功率损耗一致，同时实现了低压单元间的输出功率均衡控制，提高了该逆变器的实用性。

本发明的技术方案如下：

(1)该混合级联H桥逆变器由3个级联单元组成，其中，单元1、2为低压单元，直流侧为电压源，且直流侧电压为E，单元3为高压单元，直流侧电压为2E，H1单元输出电压为v_H1，H2单元输出电压为v_H2， H3单元输出电压为v_H3，逆变器输出电压为v_out。