[发明专利]一种混合多电平逆变器和电机驱动器

说明书

本发明公开了一种混合多电平逆变器和电机驱动器，包括混合逆变电路和控制器；混合逆变电路包括阻抗源电路和开关电容多电平逆变电路；控制器分别与阻抗源电路和开关电容多电平逆变电路连接，控制器内部嵌入有多电平调制算法，多电平调制算法用于使混合逆变电路的输出端产生期望的多电平交流电压和在混合逆变电路运行过程中均匀插入直通状态，调节阻抗源电路的输出电压；阻抗源电路嵌入在输入直流电压源与开关电容多电平逆变电路之间，阻抗源电路为前级电路，开关电容多电平逆变电路为后级电路。同时解决了开关电容多电平逆变器的开关电容充电浪涌电流问题，以及阻抗源逆变器输出电平数和升压能力难以进一步提升的技术问题。

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种混合多电平逆变器和电机驱动器。

背景技术

光伏发电和电动汽车分别作为能源供给端和消费端的典型代表，是实现“碳达峰”和“碳中和”道路上的关键角色。虽然光伏发电和电动汽车分别是新能源供给端和消费端，但两者却存在着诸多共同特征和共性问题，比如，作为光伏发电系统电源的光伏板是由诸多低压光伏电池单体串联而成，光伏输出电压与串联单体数量成正比，而作为电动汽车电源的动力电池组是由诸多低压蓄电池单体串联而成，动力电池组输出电压也与串联单体数量成正比。由于动力电池组和光伏输出的是直流电，所以都需要通过电子逆变器才能向电动机、电网或其它用电设备提供交流电。为了满足电网或用电设备的电压等级要求，现有分布式光伏发电系统普遍采用前级升压加后级逆变的两级式结构，而电动汽车通常通过串联大量电池单体来获得高压直流，再逆变成交流电驱动电机。一方面，两级式升压逆变系统结构复杂，而大量电池单体串联会加重单体电压均衡和电池管理系统的负担，另一方面，无论是两级升压逆变器还是串联大量单体，都使逆变器中开关管承受高压应力和高电压增益，产生高开关损耗和电磁干扰，且输出电压谐波含量高。

相比于两级式升压逆变器，单级式系统集升压与逆变于一体，具有结构简单和功率传输路径短的优点，理论上可具有更高的效率和集成度。现有的单级升压逆变器包括阻抗源逆变器和开关电容多电平逆变器，阻抗源逆变器具有输出逆变桥的上下桥臂可以直通，无需设置死区、通过调节上下桥臂的直通占空比可以调节系统的电压增益，以及输出电流连续的优点，但是，输出电平数还停留在两电平和三电平输出，无法进一步增加输出电平数，且电压增益有限；而开关电容多电平逆变器是利用开关切换，使得储能电容器交替工作在充放电状态，并通过改变输出回路中串联的储能电容器数量来达到改变输出电平数的目的，具有具备自主升压能力，适合低压直流源的应用、结构简单灵活，电容电压无需外电路就能实现自动平衡，以及不含磁性元件，功率密度高的优点，但是开关电容多电平逆变器在电容器与输出电压源并联充电的瞬间会出现很大的充电浪涌电流，会产生很大的电磁干扰或损坏器件。因此，提供一种单级升压逆变器，既能够避免开关电容多电平逆变器的开关电容充电浪涌电流问题，又能够解决阻抗源逆变器输出电平数和升压能力难以进一步提升的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种混合多电平逆变器和电机驱动器，用于同时解决开关电容多电平逆变器的开关电容充电浪涌电流问题，以及阻抗源逆变器输出电平数和升压能力难以进一步提升的技术问题。

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种混合多电平逆变器，包括混合逆变电路和控制器；

混合逆变电路包括阻抗源电路和开关电容多电平逆变电路；

控制器分别与阻抗源电路和开关电容多电平逆变电路连接，控制器内部嵌入有多电平调制算法，多电平调制算法用于使混合逆变电路的输出端产生期望的多电平交流电压和在混合逆变电路运行过程中均匀插入直通状态，调节阻抗源电路的输出电压；

阻抗源电路嵌入在输入直流电压源与开关电容多电平逆变电路之间，阻抗源电路为前级电路，开关电容多电平逆变电路为后级电路。

可选地，开关电容多电平逆变电路由全控型半导体开关、二极管和储能电容器组成，且输入侧含有至少一个由全控半导体开关构成的能让输入侧直接短路的开关电路。