一种电容电感混合升压的五电平逆变器

技术领域

本发明属于电力变换技术领域，具体涉及一种电容电感混合升压的五电平逆变器。

背景技术

随着电力电子技术的不断进步，多电平逆变器在可再生能源转换系统和工业应用中越来越受欢迎。多电平逆变器具有更平滑的输出波形，更低得谐波失真和低功耗等优点。和多电平逆变器相比，传统的多电平逆变器存在输出电压谐波大，效率低，开关电压应力大等缺点。

文献“S.S.Lee,Y.P.Siwakoti,C.S.Lim and K.-B.Lee,"An Improved PWMTechnique to Achieve Continuous Input Current in Common-GroundTransformerless Boost Inverter,"in IEEE Transactions on Circuits and SystemsII:Express Briefs,vol.67,no.12,pp.3133-3136,Dec.2020,doi:10.1109/TCSII.2020.2967899.”研究了一种电感升压逆变电路它结合了直流/直流升压转换器与传统的全桥直流/交流转换器具有升压输入直流电压的能力，并将直流电压转换成交流电压；但是输出电压为三电平与五电平相比显然五电平输出效果更好。

文献“M.Saeedian,S.M.Hosseini and J.Adabi,"A Five-Level Step-Up Modulefor Multilevel Inverters:Topology,Modulation Strategy,and Implementation,"inIEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics,vol.6,no.4,pp.2215-2226,Dec.2018,doi:10.1109/JESTPE.2018.2819498.”提出了一种基于开关电容技术的新型单相五电平变换器具有两倍电压的增益。但所提电路只有两倍的电压增益，应用的局限性太大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电容电感混合升压的五电平逆变器，解决了现有技术中的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种电容电感混合升压的五电平逆变器，包括输入电源V

电容C

进一步地，逆变器共存在八种开关模态：

第一模态：功率开关管S

第二模态：功率开关管S

第三模态：功率开关管S

第四模态：功率开关管S

第五模态：功率开关管S

第六模态：功率开关管S

第七模态：功率开关管S

第八模态：功率开关管S

进一步地，当电容电压V

当电容电压V

进一步地，输入电源V

进一步地，所述直流电源采用蓄电池、燃料电池或光伏电池。

进一步地，功率开关管S

进一步地，逆变器在占空比整个变化周期内，电容C

进一步地，当电容电压V

当电容电压V

本发明的有益效果：

1、通过结合电感升压和电容升压技术，实现在保持多电平输出的同时，提供宽输入范围、高升压比精度且可调的功能；此外还具备较高转换效率，能适应不同应用场合。

2、本发明的结构还具有输入端和输出端共地的特点，有效地抑制了对地漏电流的产生，从而提高了系统的安全性和输出质量。

3、本发明的逆变器体积小，元器件数量少，降低了电路成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的逆变器的电容电压、电感电流波形图；

图2是本发明的逆变器的电路结构示意图；

图3是本发明的逆变器的工作模态1的等效电路结构示意图；

图4是本发明的逆变器的工作模态2的等效电路结构示意图；

图5是本发明的逆变器的工作模态3的等效电路结构示意图；

图6是本发明的逆变器的工作模态4的等效电路结构示意图；

图7是本发明的逆变器的工作模态5的等效电路结构示意图；

图8是本发明的逆变器的工作模态6的等效电路结构示意图；

图9是本发明的逆变器的工作模态7的等效电路结构示意图；

图10是本发明的逆变器的工作模态8的等效电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一种电容电感混合升压的五电平逆变器，包括：输入电源V

电容C

电容C

电感L

功率开关管S

电感L

u

输入电源V

功率开关管S

值得一提的是，逆变器在占空比整个0

逆变器共存在八种开关模态，具体分析如下：

第一模态：当桥臂电压V

第二模态：当桥臂电压V

第三模态：当桥臂电压V

第四模态：当桥臂电压V

第五模态：当V

第六模态：当V

第七模态：当V

第八模态：当V

具体而言，在本实施例中，逆变器的控制策略包括如下两种开关模态；

(1)当电容电压V

当电容电压V

(2)当电容电压V

当电容电压V

仿真实验

为验证上述的技术效果，在Matalab/simulink上搭建了此逆变器仿真模型，对各元器件进行了如表1所示的参数选型，进行了仿真。

表1所提逆变器仿真参数

如图1所示为所提逆变器带独立负载的仿真波形，主要包括桥臂电压V

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。