[发明专利]改进型四电平中点钳位型逆变器拓扑及其电压平衡调制方法

说明书

本发明提供改进型四电平中点钳位型逆变器拓扑及其电压平衡调制方法，工作在软开关状态的开关管和二极管选择Si器件，工作在硬开关状态的开关管和二极管选择宽禁带器件。本发明所提出改进型四电平中点钳位型逆变器不仅解决了传统四电平中点钳位型逆变器器件电压应力分布不均衡的问题，而且钳位二极管流过的电流小，减少了二极管的导通损耗；Si器件和宽禁带器件的混合使用，既保留宽禁带器件所带来的性能优势，又节约了电路成本；所提电压平衡调制策略仅需一个PI控制器和一个准PR控制器，控制算法简单易懂，而且易于工程实现。

技术领域

本发明涉及两种基于改进型四电平中点钳位型逆变器拓扑及其电压平衡调制策略，属于电力电子变换器技术领域，尤其属于多电平变换器技术领域。

背景技术

传统四电平中点钳位型逆变器拓扑，宣称其各个功率器件具有相同的电压应力1/3U_dc(U_dc为直流母线电压)，电压应力分布均衡，非常适合于中压大功率场合。然而，该特性仅在有电容电压平衡电路作用时才成立；当采用电容电压平衡调制策略时，在每个开关周期内，1/6U_dc和-1/6U_dc两个电平都会被充分利用，这是实现四电平中点钳位型逆变器电压平衡控制的必要条件，然而正是由于这个必要条件，增大了传统四电平中点钳位型逆变器中部分开关管的电压应力，具体原因分析如下：如图1所示，以A相电路为例，当开关管S_a3和二极管D_a2、D_a3导通且开关管S_a1、S_a2关断时，二极管D_a5无法自然导通，开关管S_a1的端电压无法被钳位在1/3U_dc，因而开关管S_a1与S_a2直接串联承受2/3U_dc，由于开关管S_a1与S_a2不是同时导通与同时关断，所以开关管S_a1与S_a2无法实现电压应力均衡；同理，由于二极管D_a6无法钳位开关管S_a3'的端电压，导致开关管S_a2'、S_a3'无法实现电压应力均衡。这就是传统四电平中点钳位型逆变器拓扑的固有问题。

发明内容

本发明的目的是针对传统四电平中点钳位型逆变器拓扑的固有问题，提出了两种改进型四电平中点钳位型逆变器拓扑及其电压平衡调制策略。

本发明采用以下技术方案：

改进型四电平中点钳位型逆变器拓扑I，如图2所示，包括直流输入源U_dc和三个串联直流母线电容C₁、C₂、C₃构成的闭环电路，以及与直流母线电容并联的三相电路。下面的x代表三相电路的a、b、c。