[发明专利]一种五电平滞环比较逆变器

说明书

本发明公开了一种五电平滞环比较逆变器拓扑及其控制方法，其特征在于，逆变电路包括直流电源、H型桥臂、第一跨接桥臂、第二跨接桥臂、第一电容器组、第二电容器组。其控制方法包括滞环上限和下限，在五种电平中准确、快速地进行选择切换，从而选出当前工况下最合适的电平输出，来控制逆变器实际输出的电流按照相应的速率变化跟踪指令电流。本发明提出的五电平滞环比较逆变器实现了对基准电流的滞环跟踪控制，减小了传统滞环比较逆变器开关频率过高造成电子开关损坏和开关频率过低造成较大谐波及电流畸变，保证了逆变器电流跟踪效果，提高了逆变器的性能，较传统级联型五电平逆变器而言，节省了电子开关数量，降低了成本，减少了故障点。

技术领域

本发明涉及五电平逆变器拓扑及其控制技术领域，特别是涉及一种五电平滞环比较逆变器拓扑及其控制方法。

背景技术

逆变器是一种将直流电转变成交流电的电气装置。一般由逆变电路、控制单元和滤波电路组成，是一些电气设备的关键组成部分，如不间断电源（UPS）、有源滤波器、变频器等。传统桥式逆变器由于结构简单、易于控制而得到广泛应用，但其输出波形中谐波成分较大，这导致了桥式逆变器在精密电气设备中的应用受到限制。

随着多电平技术的问世，各种控制技术也应运而生。由于输出电平数的增加，与传统桥式逆变器相比，多电平逆变器的输出电压谐波含量大大减少。但传统级联型多电平逆变器电路结构较为复杂，系多个桥式逆变器级联而成，需要大量功率管，单相五电平级联型逆变器至少需要8个功率开关管，这导致了级联型多电平逆变器在实际应用中也有局限性。

滞环比较逆变器的原理是将逆变器实际输出电流i_L与指令电流i_ref的差值作为滞环比较器的输入，再经控制单元产生开关控制信号来控制逆变电路中开关器件的通断，从而实现逆变器输出电流跟踪指令电流的目的。但传统的滞环比较逆变器开关频率会在很大范围内变化，不是过高就是过低，尤其过零点附近还易产生失调，过高的开关频率会造成开关损耗过大，而过低的开关频率会造成较大的谐波及波形畸变率。

发明内容

本发明的目的在于通过一种五电平逆变器的拓扑及滞环控制方法，来解决以上背景技术问题。利用6个功率开关在输出侧即可以产生5个不同的电平。节省了电子开关数量，降低了成本，减少了故障点，并且具有跟踪精度高，谐波含量少等特点。

为达此目的，本发明采用的技术方案如下：

一种五电平滞环比较逆变器的拓扑，包括逆变电路、滞环比较器、控制单元、滤波电路等。

其中逆变电路主要包括直流电源、H型桥臂、第一跨接桥臂、第二跨接桥臂、第一电容器组、第二电容器组。直流电源第一端、第一电容器组第一端与H型桥臂的第一端均相连；直流电源第二端、第二电容器组第二端与H型桥臂的第二端、接地均相连；第一电容器组第二端、第二电容器组第一端与两个跨接桥臂的第一端均相连；两个跨接桥臂的第二端分别与H桥臂的两个中间节点相连作为逆变器输出的两端。

逆变器其余组成部分，包括滞环比较器、控制单元、电流传感器、滤波电路等本领域技术人员通过现有公知技术即可实现。

五电平滞环比较逆变器控制方法，包括滞环上限h和下限-h，逆变器输出五电平等级分别为：U_d、U_d/2、、 -U_d/2、- U_d，其作用是为了能够让输出电流适时地追赶上指令电流，不要过快也不要过慢，过快会导致开关动作频率过高，造成开关损耗过大，过慢会导致跟踪效果不好，增加谐波及波形畸变率。在五种电平中准确、快速地进行选择切换，从而选出当前工况下最合适的控制电平，使输出电流有较好的跟踪效果，提高输出信号的质量。