CN110943633B - 一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法 - Google Patents

一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110943633B
CN110943633B CN201811119520.9A CN201811119520A CN110943633B CN 110943633 B CN110943633 B CN 110943633B CN 201811119520 A CN201811119520 A CN 201811119520A CN 110943633 B CN110943633 B CN 110943633B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge arm
switching tube
diode
switching
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811119520.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110943633A (zh
Inventor
盛万兴
吴鸣
吕志鹏
孙丽敬
宋振浩
赵婷
刘国宇
郑楠
雷达
肖莹
王金浩
樊瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Electric Power Research Institute Of Sepc
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Original Assignee
State Grid Electric Power Research Institute Of Sepc
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Electric Power Research Institute Of Sepc, State Grid Corp of China SGCC, China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI filed Critical State Grid Electric Power Research Institute Of Sepc
Priority to CN201811119520.9A priority Critical patent/CN110943633B/zh
Publication of CN110943633A publication Critical patent/CN110943633A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110943633B publication Critical patent/CN110943633B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法，第一电感(L1)、电源(Uin)、第一桥臂和第二桥臂；所述电源的正极与所述第一电感(L1)连接构成串联电路；所述第一桥臂和第二桥臂连接后与所述第一电感(L1)和电源(Uin)串联的电路连接，用于接收电压控制信号；所述第一桥臂和第二桥臂分别包括多个开关管；通过各桥臂开关管的一个开关周期使三电平单相单级升压逆变器输出5个电压，所述5个电压构成交流电压的一个波形，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压每个桥臂输出电压可以得到三个电平，与两电平逆变器相比，其输出电压的谐波含量可以大幅度降低，从而能够减小输出滤波元件，提高波形质量。

Description

一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体涉及一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法。
背景技术
逆变器是光伏发电***的核心部件。为了适应光伏阵列输出电压变化范围宽的特点，光伏逆变器通常采用Boost变换器级联电压型全桥逆变器的两级式结构。然而，两级式***的变换效率相对较低。此外，由于这种结构不含高频或低频变压器，功率管高频开关时会导致光伏电池板的对地电容产生高频共模电压，形成较大的高频漏电流，危及设备和人员安全。采用单相三电平Z源逆变器可以较好的解决上述问题。然而。其存在功率器件和无源器件较多，成本高。控制复杂，升压能力不足等缺点。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种三电平单相单级升压逆变器，包括：第一电感(L1)、电源(Uin)、第一桥臂和第二桥臂；
所述电源的正极与所述第一电感(L1)连接构成串联电路；
所述第一桥臂和第二桥臂连接后与所述第一电感(L1)和电源(Uin)串联的电路连接，用于接收电压控制信号；
所述第一桥臂和第二桥臂分别包括多个开关管；通过各桥臂开关管的一个开关周期使三电平单相单级升压逆变器输出五个电压，所述五个电压构成交流电压的一个波形。
优选的，所述第一桥臂，包括：第一二极管(D1)、第七二极管(D7)、第一桥臂上桥臂和第一桥臂下桥臂；
所述第一桥臂上桥臂包括：第一开关管(S1)与第二开关管(S2)；
所述第一开关管(S1)的负极与所述第二开关管(S2)的正极连接；
所述第一桥臂下桥臂包括：第三开关管(S3)和第四开关管(S4)；
所述第三开关管(S3)的负极与所述第四开关管(S4)的正极连接；
所述第二开关管(S2)负极与所述第三开关管(S3)正极连接；
所述第一二极管(D1)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；
所述第七二极管(D7)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接，所述第七二极管(D7)的阴极与所述电源负极连接。
优选的，所述第二桥臂，包括：第二二极管(D2)、第八二极管(D8)、第二桥臂上桥臂和第二桥臂下桥臂；
所述第二桥臂上桥臂包括：第五开关管(S5)和第六开关管(S6)；
所述第五开关管(S5)的负极与所述第六开关管(S6)的正极连接；
所述第二桥臂下桥臂包括：第七开关管(S7)和第八开关管(S8)；
所述第七开关管(S7)的负极与所述第八开关管(S8)的正极连接；
所述第六开关管(S6)负极与所述第七开关管(S7)的正极连接；
所述第一开关管(S1)正极与所述第五开关管(S5)正极连接；
所述第四开关管(S4)负极与所述第八开关管(S8)负极连接；
所述第二二极管(D2)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第二二极管(D2)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；
所述第八二极管(D8)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；所述第八二极管(D8)的阴极与所述电源的负极连接。
优选的，所述逆变器还包括：第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)和滤波器；
所述第一电容(C1)的一端与所述第二电容(C2)的一端连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第一开关管(S1)和所述第五开关管(S5)的连接点连接，所述第二电容(C2)的另一端与所述第四开关管(S4)和所述第八开关管(S8)负极的连接点连接；
所述第三二极管(D3)的阳极与所述第四二极管(D4)的阴极连接；所述第三二极管(D3)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；所述第四二极管(D4)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接；
所述第五二极管(D5)的阳极与所述第六二极管(D6)的阴极连接；所述第五二极管(D5)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；所述第六二极管(D6)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；
所述滤波器的一端与第一桥臂中点相连，所述滤波器的另一端与所述第二桥臂中点相连。
优选的，所述滤波器，包括第二电感(L2)、输出电容(C0)与负载电阻(R0)；
所述第二电感(L2)的一端与所述第一桥臂中点连接，第二电感(L2)的另一端与所述输出电容(C0)的第一端连接，所述输出电容(C0)的另一端与所述第二桥臂的中点连接，所述负载电阻(R0)同输出电容(C0)的两端并联。
优选的，所述第一电容(C1)和第二电容(C2)大小相等。
一种三电平单相单级升压逆变器的控制方法，所述方法包括：
获取所需电压的控制信号；
所述三电平单相单级升压逆变器的第一桥臂和第二桥臂基于获取到的所需电压的控制信号，控制所述第一桥臂和第二桥臂的开关管，使所述三电平单相单级升压逆变器在一个开关周期内工作；
基于所述一个开关周期内的五个工作模态使电源对第一电感进行充电或放电，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压。
优选的，所述获取所需电压的控制信号，包括：
基于所述电压获取两个同相且幅值相等的等腰三角波和正弦波；
调制所述等腰三角波和正弦波得到正反两组SPWM控制信号；
反相调制所述等腰三角波和正弦波得到另外正反两组SPWM控制信号。
优选的，所述一个开关周期内的五个工作模态，包括：
第一工作模态：导通第一桥臂的第二开关管(S2)和第三开关管(S3)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电；
第二工作模式：导通第一桥臂的第三开关管(S3)和第四开关管(D4)，第二桥臂的第五开关管(D5)和第六开关管(D6)，对所述第一电感(L1)进行放电；
第三工作模式：导通第一桥臂的第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电；
第四工作模式：导通第一桥臂的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二桥臂的第七开关管(S7)和第八开关管(S8)，对所述第一电感(L1)进行放电；
第五工作模式：导通第一桥臂的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电。
优选的，所述基于所述一个开关周期内的五个工作模态对第一电感进行充电或放电，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压，包括：
基于一个开关周期内的五个工作模态使所述三电平单相单级升压逆变器第一电感交替工作在充电状态和放电状态；
基于所述第一电感交替工作在充电状态和放电状态使所述三电平单相单级升压逆变器依次得到5个不同的电平；
基于所述5个不同的电平所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法和***，第一电感(L1)、电源(Uin)、第一桥臂和第二桥臂；所述电源的正极与所述第一电感(L1)连接构成串联电路；所述第一桥臂和第二桥臂连接后与所述第一电感(L1)和电源(Uin)串联的电路连接，用于接收电压控制信号；所述第一桥臂和第二桥臂分别包括多个开关管；通过各桥臂开关管的一个开关周期使三电平单相单级升压逆变器输出五个电压，所述五个电压构成交流电压的一个波形，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压，每个桥臂输出电压可以得到三个电平，与两电平逆变器相比，其输出电压的谐波含量可以大幅度降低，从而能够减小输出滤波元件，提高波形质量。
2、一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法和***，其中四个开关管S1、S4、S5、S8的电压应力降低为直流母线电压的一半；将原本由两级式功率变换实现的功能由一级功率变换实现，降低了成本，提高了***集成度。
3、一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法和***，两级式结构需要同时实现前级与后级的中点电压箝位以及其他控制，控制结构非常复杂，而所述单相三电平升压逆变器仅需要实现一级功率变换的控制，控制结构较为简单。
附图说明：
图1为本发明的变换器及其TL拓扑结构示意图；
图2为本发明的第一工作模态的等效电路图；
图3为本发明的第二工作模态的等效电路图；
图4为本发明的第三工作模态的等效电路图；
图5为本发明的第四工作模态的等效电路图；
图6为本发明的第五工作模态的等效电路图；
图7为本发明所采用的单极性SPWM调制的载波，调制波波形图；
图8为本发明在单极性SPWM调制下的输出仿真波形图。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图及实例对本发明的内容做进一步说明：
实施例1
如图1所示的一种三电平单相单级升压逆变器，包括：第一电感(L1)、电源(Uin)、第一桥臂和第二桥臂；
所述电源的正极与所述第一电感(L1)连接构成串联电路；
所述第一桥臂和第二桥臂连接后与所述第一电感(L1)和电源(Uin)串联的电路连接，用于接收电压控制信号；
所述第一桥臂和第二桥臂分别包括多个开关管；通过各桥臂开关管的一个开关周期使三电平单相单级升压逆变器输出5个电压，所述5个电压构成交流电压的一个波形。
所述第一桥臂，包括：第一二极管(D1)、第七二极管(D7)、第一桥臂上桥臂和第一桥臂下桥臂；
所述第一桥臂上桥臂包括：第一开关管(S1)与第二开关管(S2)；
所述第一开关管(S1)的负极与所述第二开关管(S2)的正极连接；
所述第一桥臂下桥臂包括：第三开关管(S3)和第四开关管(S4)；
所述第三开关管(S3)的负极与所述第四开关管(S4)的正极连接；
所述第二开关管(S2)负极与所述第三开关管(S3)正极连接；
所述第一二极管(D1)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；
所述第七二极管(D7)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接，所述第七二极管(D7)的阴极与所述电源负极连接。
所述第二桥臂，包括：第二二极管(D2)、第八二极管(D8)、第二桥臂上桥臂和第二桥臂下桥臂；
所述第二桥臂上桥臂包括：第五开关管(S5)和第六开关管(S6)；
所述第五开关管(S5)的负极与所述第六开关管(S6)的正极连接；
所述第二桥臂下桥臂包括：第七开关管(S7)和第八开关管(S8)；
所述第七开关管(S7)的负极与所述第八开关管(S8)的正极连接；
所述第六开关管(S6)负极与所述第七开关管(S7)的正极连接；
所述第一开关管(S1)正极与所述第五开关管(S5)正极连接；
所述第四开关管(S4)负极与所述第八开关管(S8)负极连接；
所述第二二极管(D2)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第二二极管(D2)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；
所述第八二极管(D8)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；所述第八二极管(D8)的阴极与所述电源的负极连接。
所述逆变器还包括：第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)和滤波器；
所述第一电容(C1)的一端与所述第二电容(C2)的一端连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第一开关管(S1)和所述第五开关管(S5)的连接点连接，所述第二电容(C2)的另一端与所述第四开关管(S4)和所述第八开关管(S8)负极的连接点连接；
所述第三二极管(D3)的阳极与所述第四二极管(D4)的阴极连接；所述第三二极管(D3)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；所述第四二极管(D4)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接；
所述第五二极管(D5)的阳极与所述第六二极管(D6)的阴极连接；所述第五二极管(D5)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；所述第六二极管(D6)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；
所述滤波器的一端与第一桥臂中点相连，所述滤波器的另一端与所述第二桥臂中点相连。
所述滤波器，包括第二电感(L2)、输出电容(C0)与负载电阻(R0)；
所述第二电感(L2)的一端与所述第一桥臂中点连接，第二电感(L2)的另一端与所述输出电容(C0)的第一端连接，所述输出电容(C0)的另一端与所述第二桥臂的中点连接，所述负载电阻(R0)同输出电容(C0)的两端并联。
所述第一电容(C1)和第二电容(C2)大小相等。
实施例2
包括电源Uin，第一电感L1、第一二极管D1、第七二极管D7、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第五二极管D5、第六二极管D6、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7、第八开关管S8、第二二极管D2、第八极管D8、第二电感L1、输出电容C0，负载电阻R0。
所述电源Uin的正极与第一电感L1的第一端相连，所述第一电感L1的第二端与第一二极管D1的阳极相连，且与第二二极管D2的阳极相连，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4串联构成第一桥臂，第一二极管D1的阴极、第三二极管D3的阴极与第一桥臂上桥臂的中点(第一开关管S1和第二开关管S2的连接点)相连，所述第七二极管D7的阳极，第四二极管D4的阳极与第一桥臂下桥臂的中点(第三开关管S3和第四开关管S4的连接点)相连，所述第七二极管D7的阴极接在输入电压源的负极。
所述第一电容C1和第二电容C2为分压电容，电容容值大，用于稳定桥臂两端电压，第一电容C1和第二电容C2相串联，正常工作时第一电容C1和第二电容C2两端均压，串联后的C1、C2与第一桥臂并联。所述第三二极管D3的阳极，第四二极管D4的阴极，第五二极管D5的阳极，第六二极管D6的阴极同第一电容C1和第二电容C2串联的中点相连。
所述第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7、第八开关管S8串联构成第二桥臂，第五二极管D5的阴极、第二二极管D2的阴极与第二桥臂上桥臂的中点(第五开关管S5和第六开关管S6的连接点)相连，所述第六二极管D6的阳极，第八二极管D8的阳极与第二桥臂下桥臂的中点(第七开关管S7和第八开关管S8的连接点)相连，所述第八二极管D8的阴极接在输入电压源的负极。
所述第二电感L2与输出电容C0构成LC滤波器，第二电感L2的第一端连接在第一桥臂的中点(第二开关管S2和第三开关管S3的连接点)上，第二电感L2的第二端连接在输出电容C0的第一端，输出电容C0的第二端连接在第二桥臂的中点(第六开关管S6和第七开关管S7的连接点)上，负载电阻R0同输出电容C0的两端并联，输出电容C0的两端即为所述三电平升压逆变器的交流输出端。
进一步的，所述开关管S1和S3、S2和S4、S5和S7、S6和S8的驱动信号互补。
实施例3
下面详细分析该三电平单相单级升压逆变器的工作原理和特性。为了简化分析过程，先作如下基本假设：①所有功率管和滤波元件均为理想器件；②均压电容C1、C2足够大，其纹波忽略不计，故有Uc1＝Uc2；③第四开关管S4，第二电容C2的一端和第八开关管S8的联结点O电的电位为0。
步骤一：获取所需电压的控制信号；
步骤二：所述三电平单相单级升压逆变器的第一桥臂和第二桥臂基于获取到的所需电压的控制信号，控制所述第一桥臂和第二桥臂的开关管，使所述三电平单相单级升压逆变器在一个开关周期内工作；
步骤三：基于所述一个开关周期内的五个工作模态使电源对第一电感进行充电或放电，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压。
基于上述假设，稳态时该变换器在一个开关周期内的工作过程分为5个模态，每个模态都对应了等效电路。
步骤一：获取所需电压的控制信号；
所述开关管S1～S8采用了一种正弦脉宽调制(SPWM)控制策略，该控制策略具体为，两个同相，幅值相等的等腰三角波作为载波，经控制器后得到的正弦波的正反相波形作为调制波。正相调制波与载波交截得到一组SPWM控制信号，经取反后得到另一组SPWM控制信号；同理，反相调制波与载波交截得到另外两组SPWM控制信号。
步骤二：所述三电平单相单级升压逆变器的第一桥臂和第二桥臂基于获取到的所需电压的控制信号，控制所述第一桥臂和第二桥臂的开关管，使所述三电平单相单级升压逆变器在一个开关周期内工作；
工作模态1，等效电路如图2所示：第二开关管、第三开关管、第六开关管和第七开关管均开通，第一开关管、第四开关管、第五开关管和第八开关管均截止。此时，电感L1的端电压为Uin-UD1-UD7＞0(或Uin-UD2-UD8＞0)，直流电压源通过D1，D7和D2，D8为直流侧电感充电，电感L1中的电流线性上升，此时Ua＝Ub＝UC1。
工作模态2，等效电路如图3所示：第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管开通，第一开关管、第二开关管、第七开关管和第八开关管截止。此时，分压电容C2，C1两端的电压分别反向施加在二极管D4，D5两端使其截止；电感L1的端电压为Uin-2UC1＜0，电感L1中的电流线性下降，电源和电感串联，二者同时为负载供电；分压电容C1，C2串联放电为负载侧供能；Ua＝0，Ub＝2UC1。
工作模态3，等效电路如图4所示：第三开关管、第四开关管、第六开关管和第七开关管开通，第一开关管、第二开关管、第五开关管和第八开关管截止。此时，电感L1的端电压为Uin-UD2-UD8＞0，直流电源通过D2，D8为直流侧电感充电，电感L1中的电流线性上升；分压电容C2放电为负载侧供能；Ua＝0，Ub＝UC2＝UC1。
工作模态4，等效电路如图5所示：第一开关管、第二开关管、第七开关管和第八开关管开通，第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管截止。此时，电感L1的端电压为Uin-2UC1＜0，电感L1中的电流线性下降，电源和电感串联同时为负载供电；分压电容C1，C2串联放电为负载侧供能；Ua＝2UC1，Ub＝0。
工作模态5，等效电路如图6所示：第一开关管、第二开关管、第六开关管和第七开关管开通，第三开关管、第四开关管、第五开关管和第八开关管截止。此时，电感L1的端电压为Uin-UD2-UD8＞0，直流电源通过D2，D8为直流侧电感充电，电感L1中的电流线性上升；分压电容C1放电为负载侧供能；Ua＝2UC1，Ub＝UC2＝UC1。
步骤三：基于所述一个开关周期内的五个工作模态使电源对第一电感进行充电或放电，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压。
通过对以上开关模态的分析可以看出，在一个开关周期之中，所述三电平单相单级升压逆变器的a点和b点均可以得到0，UC1，2UC1三个电平。直流源侧电感L1交替工作在充电状态和放电状态，借助第一电感L1的充放电，电压得以提升。
为了验证理论分析的正确性，使用saber仿真软件进行仿真验证，其设计指标如下：开关频率为f＝10kHz，直流输入电压Uin＝48V，输出交流电压幅值Uo.peak＝146V，滤波电感L1＝8mH，L2＝1mH，分压电容C1＝C2＝4000μF，滤波电容Co＝5μF，S1～S8采用IRFP460，D1～D8采用S30L60。
通过分析仿真波形图7可以看出，在所述三电平单相单级升压逆变器第一桥臂上，仅有第一开关管和第四开关管电压应力降为直流母线电压的一半，为传统两电平逆变器电压应力的一半。但是，第二开关管和第三开关管的电压应力仍等于直流母线电压，这也是所述发明的缺陷所在。此外，还可以看出Uab在-UC1、-2UC1、0、UC1和2UC1这五个电平上作周期性变化，变换器升压倍数可以达到两倍以上。这些实验结果与理论分析完全吻合，从而证明了该三电平单相单级升压逆变器理论分析的正确性。
本发明提出了一种新型的三电平单相单级升压逆变器。详细分析了其工作原理和特性，并使用Saber软件进行仿真验证。如图8所示，研究结果表明，该三电平单相单级升压逆变器，在相同条件下相比于普通两电平逆变器，第一开关管S1、第四开关管S4、第五开关管S5，第八开关管S8的电压应力降为直流母线侧电压的一半，第二开关管S2、第三开关管S3、第六开关管S6，第七开关管S7的电压应力为直流母线电压；每个桥臂输出电压可以得到0，UC1，2UC1三个电平；变换器升压倍数可以达到两倍以上。上述结论证实了该三电平单相单级升压逆变器拓扑的正确性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、***、和计算机程序产品的流程图和方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和方框图中的每一流程和方框、以及流程图和方框图中的流程和方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，包括：第一电感(L1)、电源(Uin)、第一桥臂和第二桥臂；
所述电源的正极与所述第一电感(L1)连接构成串联电路；
所述第一桥臂和第二桥臂连接后与所述第一电感(L1)和电源(Uin)串联的电路连接，用于接收电压控制信号；
所述第一桥臂和第二桥臂分别包括多个开关管；通过各桥臂开关管的一个开关周期使三电平单相单级升压逆变器输出五个电压，所述五个电压构成交流电压的一个波形；
所述第一桥臂，包括：第一二极管(D1)、第七二极管(D7)、第一桥臂上桥臂和第一桥臂下桥臂；
所述第一桥臂上桥臂包括：第一开关管(S1)与第二开关管(S2)；
所述第一开关管(S1)的负极与所述第二开关管(S2)的正极连接；
所述第一桥臂下桥臂包括：第三开关管(S3)和第四开关管(S4)；
所述第三开关管(S3)的负极与所述第四开关管(S4)的正极连接；
所述第二开关管(S2)负极与所述第三开关管(S3)正极连接；
所述第一二极管(D1)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；
所述第七二极管(D7)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接，所述第七二极管(D7)的阴极与所述电源负极连接。
2.如权利要求1所述的一种三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，所述第二桥臂，包括：第二二极管(D2)、第八二极管(D8)、第二桥臂上桥臂和第二桥臂下桥臂；
所述第二桥臂上桥臂包括：第五开关管(S5)和第六开关管(S6)；
所述第五开关管(S5)的负极与所述第六开关管(S6)的正极连接；
所述第二桥臂下桥臂包括：第七开关管(S7)和第八开关管(S8)；
所述第七开关管(S7)的负极与所述第八开关管(S8)的正极连接；
所述第六开关管(S6)负极与所述第七开关管(S7)的正极连接；
所述第一开关管(S1)正极与所述第五开关管(S5)正极连接；
所述第四开关管(S4)负极与所述第八开关管(S8)负极连接；
所述第二二极管(D2)的阳极与所述第一电感(L1)连接，所述第二二极管(D2)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；
所述第八二极管(D8)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；所述第八二极管(D8)的阴极与所述电源的负极连接。
3.如权利要求2所述的三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括：第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)和滤波器；
所述第一电容(C1)的一端与所述第二电容(C2)的一端连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第一开关管(S1)和所述第五开关管(S5)的连接点连接，所述第二电容(C2)的另一端与所述第四开关管(S4)和所述第八开关管(S8)负极的连接点连接；
所述第三二极管(D3)的阳极与所述第四二极管(D4)的阴极连接；所述第三二极管(D3)的阴极与所述第一桥臂上桥臂的中点连接；所述第四二极管(D4)的阳极与所述第一桥臂下桥臂的中点连接；
所述第五二极管(D5)的阳极与所述第六二极管(D6)的阴极连接；所述第五二极管(D5)的阴极与所述第二桥臂上桥臂中点连接；所述第六二极管(D6)的阳极与所述第二桥臂下桥臂的中点连接；
所述滤波器的一端与第一桥臂中点相连，所述滤波器的另一端与所述第二桥臂中点相连。
4.如权利要求3所述的一种三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，所述滤波器，包括第二电感(L2)、输出电容(C0)与负载电阻(R0)；
所述第二电感(L2)的一端与所述第一桥臂中点连接，第二电感(L2)的另一端与所述输出电容(C0)的第一端连接，所述输出电容(C0)的另一端与所述第二桥臂的中点连接，所述负载电阻(R0)同输出电容(C0)的两端并联。
5.如权利要求3所述的一种三电平单相单级升压逆变器，其特征在于，所述第一电容(C1)和第二电容(C2)大小相等。
6.一种三电平单相单级升压逆变器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所需电压的控制信号；
所述三电平单相单级升压逆变器的第一桥臂和第二桥臂基于获取到的所需电压的控制信号，控制所述第一桥臂和第二桥臂的开关管，使所述三电平单相单级升压逆变器在一个开关周期内工作；
基于所述一个开关周期内的五个工作模态使电源对第一电感进行充电或放电，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压；
所述一个开关周期内的五个工作模态，包括：
第一工作模态：导通第一桥臂的第二开关管(S2)和第三开关管(S3)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电；
第二工作模式：导通第一桥臂的第三开关管(S3)和第四开关管(D4)，第二桥臂的第五开关管(D5)和第六开关管(D6)，对所述第一电感(L1)进行放电；
第三工作模式：导通第一桥臂的第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电；
第四工作模式：导通第一桥臂的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二桥臂的第七开关管(S7)和第八开关管(S8)，对所述第一电感(L1)进行放电；
第五工作模式：导通第一桥臂的第一开关管(S1)和第二开关管(S2)，第二桥臂的第六开关管(S6)和第七开关管(S7)，对所述第一电感(L1)进行充电。
7.如权利要求6所述的一种三电平单相单级升压逆变器的控制方法，其特征在于，所述获取所需电压的控制信号，包括：
基于所述电压获取两个同相且幅值相等的等腰三角波和正弦波；
调制所述等腰三角波和正弦波得到正反两组SPWM控制信号；
反相调制所述等腰三角波和正弦波得到另外正反两组SPWM控制信号。
8.如权利要求6所述的一种三电平单相单级升压逆变器的控制方法，其特征在于，所述基于所述一个开关周期内的五个工作模态使电源对第一电感进行充电或放电，使所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压，包括：
基于一个开关周期内的五个工作模态使所述三电平单相单级升压逆变器第一电感交替工作在充电状态和放电状态；
基于所述第一电感交替工作在充电状态和放电状态使所述三电平单相单级升压逆变器依次得到五个不同的电平；
基于所述五个不同的电平所述三电平单相单级升压逆变器输出交流电压。
CN201811119520.9A 2018-09-25 2018-09-25 一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法 Active CN110943633B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811119520.9A CN110943633B (zh) 2018-09-25 2018-09-25 一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811119520.9A CN110943633B (zh) 2018-09-25 2018-09-25 一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110943633A CN110943633A (zh) 2020-03-31
CN110943633B true CN110943633B (zh) 2022-04-29

Family

ID=69905057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811119520.9A Active CN110943633B (zh) 2018-09-25 2018-09-25 一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110943633B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111355397B (zh) * 2020-04-17 2021-05-14 南通大学 输入电流连续的单相高增益光伏并网逆变器及控制方法
CN111600502B (zh) * 2020-05-27 2021-10-26 南通大学 一种ccm单桥臂集成单相升压逆变器及控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103346690A (zh) * 2013-07-05 2013-10-09 华为技术有限公司 一种多电平逆变器及供电***
EP2677646A2 (en) * 2012-06-22 2013-12-25 General Electric Company Power converter and method of assembling the same
CN203522572U (zh) * 2012-09-26 2014-04-02 上海埃斯凯变压器有限公司 一种高频高压发生器三电平谐振变换器
CN203617928U (zh) * 2013-12-19 2014-05-28 上海电机学院 单相光伏并网逆变器
CN105490574A (zh) * 2015-11-10 2016-04-13 河南昊锐电气有限公司 一种五电平逆变器中性点电压不平衡的抑制方法
CN107171567A (zh) * 2017-01-20 2017-09-15 湖南大学 模块化开关功率放大器及其控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9337748B2 (en) * 2013-08-02 2016-05-10 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a DC-to-DC power converter with inverter stage coupled to the DC input

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2677646A2 (en) * 2012-06-22 2013-12-25 General Electric Company Power converter and method of assembling the same
CN203522572U (zh) * 2012-09-26 2014-04-02 上海埃斯凯变压器有限公司 一种高频高压发生器三电平谐振变换器
CN103346690A (zh) * 2013-07-05 2013-10-09 华为技术有限公司 一种多电平逆变器及供电***
CN203617928U (zh) * 2013-12-19 2014-05-28 上海电机学院 单相光伏并网逆变器
CN105490574A (zh) * 2015-11-10 2016-04-13 河南昊锐电气有限公司 一种五电平逆变器中性点电压不平衡的抑制方法
CN107171567A (zh) * 2017-01-20 2017-09-15 湖南大学 模块化开关功率放大器及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110943633A (zh) 2020-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Samizadeh et al. A new topology of switched-capacitor multilevel inverter with eliminating leakage current
CN201789430U (zh) 逆变器
CN103283135A (zh) 电力转换装置
CN105450063A (zh) 一种半桥级联型多电平逆变器及控制方法
CN104638971A (zh) 一种光伏并网逆变器及其控制方法
CN110943633B (zh) 一种三电平单相单级升压逆变器及其控制方法
CN102710133B (zh) 一种七电平电路、并网逆变器及其调制方法和装置
CN111490694A (zh) 一种变流器中i型三电平母线中点电压自动均衡电路
CN103051231A (zh) 一种三相五电平逆变器
CN107196547B (zh) 一种三相双buck并网逆变器的对称全周期调制方法
CN102710162B (zh) 一种七电平电路、并网逆变器及其调制方法和装置
CN107834881A (zh) 一种高升压能力型z源逆变器拓扑结构
CN110488115B (zh) 基于对称桥臂结构的级联型变流器子模块单相测试电路
CN107196548A (zh) 三相高增益Buck‑Boost集成式升压逆变器
CN116647119A (zh) 一种输入电流连续的共地型开关电容逆变器及其控制方法
Yao et al. Research on grid-connected interleaved inverter with L filter
Lin et al. Analysis and implementation of a single-phase capacitor-clamped inverter with simple structure
CN107465358A (zh) 单相五电平变换器及其采用的调制方法
CN203800839U (zh) 一种自举驱动单极性spwm调制非隔离并网逆变电路
CN102437768B (zh) 一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路
CN206992978U (zh) 单相五电平变换器
Gubía et al. EMI filter inductor size for transformerless PV systems based on the full bridge structure
CN104242711A (zh) 一种多电平逆变器
Zhang et al. A five-level inverter based on differential structure
CN211701886U (zh) 一种变流器中i型三电平母线中点电压自动均衡电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant