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专利号: 202210886281X
申请人: 无锡学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电感升压型五电平逆变器的控制方法,其特征在于,包括一种电感升压型五电平逆变器,其包括直流电源E、电感L、电容C、开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6;开关管S1的第二极、电感L的第一端、开关管S2的第一极连接于第一节点,开关管S1的第一极、开关管S5的第一极均和电容C的第一端连接;电感L的第二端、电容C的第二端、开关管S3的第一极均和直流电源E的正极连接,开关管S2的第二极、开关管S6的第二极均和直流电源E的负极连接,开关管S3的第二极和开关管S4的第二极连接,开关管S4的第一极、开关管S5的第二极、开关管S6的第一极均连接于第二节点;第一节点为该五电平逆变器的负电压输出端,第二节点为该五电平逆变器的正电压输出端;开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6的第三极接控制信号;所述开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6均为IGBT管;开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6的第一极为IGBT管的集电极,第二极为IGBT管的发射极,IGBT管的第三极为栅极;

所述开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6均为MOS管;开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6的第一极为MOS管的漏极,第二极为MOS管的源极,MOS管的第三极为栅极;

所述控制五电平逆变器具有如下6种工作模态,分别为:

工作模态1,开关管S2、开关管S4和开关管S6处于开通状态,其余开关管处于关断状态;

电感L通过开关管S2并联在直流电源E两端进行储能,iL线性增加;电容C开路;逆变器输出端通过开关管S2和开关管S6短接,因此逆变器输出电压uo=0;

工作模态2,开关管S2、开关管S3和开关管S4处于开通状态,其余开关管处于关断状态;

电感L继续储能,iL继续线性增加;电容C仍然开路;直流电源E单独向负载端供电,因此逆变器输出电压uo=Uin;

工作模态3,开关管开关管S2、开关管S3和开关管S5处于开通状态,其余开关管处于关断状态;电感L继续储能,iL继续线性增加;直流电源E与电容C串联共同向负载端供电,因此逆变器输出电压uo=2Uin;

工作模态4,开关管S1、开关管S3和开关管S5处于开通状态,其余开关管处于关断状态;

电感L通过开关管S1并联在电容C两端进行能量释放,对电容充电,iL线性下降;逆变器输出端通过开关管S1和开关管S5短接,因此逆变器输出电压uo=0;

工作模态5,开关管S1、开关管S3和开关管S4处于开通状态,其余开关管处于关断状态;

电感L继续释放能量,iL继续线性下降;电容C单独向负载端供电,因此逆变器输出电压uo=‑Uin;

工作模态6,开关管S1、开关管S4和开关管S6处于开通状态,其余开关管处于关断状态;

电感L继续释放能量,iL继续线性下降;直流电源E与电容C串联共同向负载端供电,因此逆变器输出电压uo=‑2Uin;

uo和io分别为逆变器输出电压和输出电流,Uin为逆变器直流电源E电压,iL为流过电感L的电流。

2.根据权利要求1所述的一种电感升压型五电平逆变器的控制方法,其特征在于,开关管S1和开关管S2互补导通且占空比均为0.5。

3.根据权利要求1所述的一种电感升压型五电平逆变器的控制方法,其特征在于,当开关管S2关断时,开关管S1开通,电感L进行能量存储,其两端电压为Uin;当开关管S1关断时,开关管S2开通,电感L进行能量释放,其两端电压为‑UC;稳态下,根据电感的伏秒平衡原则得:式中,uC为电容C两端的电压,To为逆变器输出周期,(1)求解可得

UC=Uin             (2)。

4.根据权利要求1所述的一种电感升压型五电平逆变器的控制方法,其特征在于,所述五电平逆变器采用最低电平逼近调制策略。

5.根据权利要求4所述的一种电感升压型五电平逆变器的控制方法,其特征在于,最低电平逼近调制策略以频率和相位与逆变输出电压基波相同的正弦波ur作为参考,通过控制各电平的持续时间使逆变输出电压波形逼近正弦波。

6.根据权利要求5所述的一种电感升压型五电平逆变器的控制方法,其特征在于,对五电平逆变器输出电压uo进行傅里叶级数展开,得到表达式如下:式中,ωo为逆变器输出角频率,ωo=2π/To;θ1表示Uin的相位,θ2表示2Uin的相位,且0≤θ1≤θ2≤π/2。

7.根据权利要求6所述的一种电感升压型五电平逆变器的控制方法,其特征在于,五电平逆变器通过基波为负载提供能量,则uo的基波幅值表达式为:当θ1和θ2均为零时,逆变器输出电压基波最大幅值为:

则逆变器的调制指数MI可定义为:

逆变器输出电压uo的THD为: