CN111740625B - 扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法，所述扩展多电平升压逆变拓扑包括半桥Ⅰ、半桥Ⅱ和扩展开关电容电路，通过驱动开关管的通断控制所述直流输入电源与所述扩展开关电容电路的串并联转换；所述半桥Ⅰ和所述半桥Ⅱ用于完成扩展开关电容电路输出电平的正负极性转换；逆变拓扑输出电平数量和升压增益可通过开关电容单元的模块化扩展进一步提高，具有n级开关电容子模块的逆变拓扑电路共可输出共2n+3个电压电平，最高电平的电压可达到直流输入电压的(n+1)倍；拓扑减少了器件使用数量，无需复杂的电压平衡控制即可实现电容电压的自平衡，且开关对的互补工作机制简化了调制策略。

Description

扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法

技术领域

本发明涉及电能变换与新能源发电领域，具体的说，涉及了一种扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法。

背景技术

多电平逆变拓扑由于拥有更多的输出电平数量，可以减小输出波形的总谐波畸变，进而提高输出电能质量，缩小滤波器尺寸，被广泛应用于分布式光伏发电等新能源领域。

传统的多电平逆变拓扑主要分为中点钳位型、飞跨电容型和级联H桥型三类。其中，中点钳位型和飞跨电容型逆变拓扑存在拓扑结构复杂、电容电压不易平衡等缺点；级联H桥型逆变拓扑虽然具有模块化结构简单、输出控制容易等优点，但随着输出电平数量的增加，需要大量的隔离直流电源，一定程度上限制了它们在工程中的应用。

除此之外，考虑到在分布式光伏发电系统中，单个光伏电池组件的输出电压一般较低，且传统的电压源逆变拓扑一般为降压型逆变拓扑。因此，为了得到较高的交流输出电压，通常采用先前端DC-DC升压、再后端DC-AC的双级式变换结构。但是这种双级式的变换结构整体效率不高，且一定程度上增加了系统体积和总体成本。为了适应新能源领域的发展需求，克服传统多电平逆变拓扑扩展结构复杂、不具备自升压能力的缺点，开关电容技术被应用到多电平逆变拓扑中。

申请号为201910398262.0中国专利公开了一种开关电容N电平逆变拓扑及其调制方法，逆变拓扑包括单个直流输入电源、开关电容单元和全桥单元；通过扩展开关电容子模块，该开关电容N电平逆变拓扑可以输出任意电平0、±V_dc/n、……±iV_dc/n、…±2V_dc（i=1，2，…n），其中，逆变拓扑输出电平数与电容之间的关系为：M_level=4n+1，n为电容数。但是，无论扩展多少个开关电容子模块，扩展开关电容子模块只能提高逆变拓扑输出电能的质量，却无法改变电平增益；该开关电容N电平逆变拓扑输出电平的增益一致保持在2V_dc，为了得到更高的交流输出电压，通常需要采用前端DC-DC升压的结构。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供一种扩展多电平升压逆变拓扑，所述扩展多电平升压逆变拓扑包括半桥Ⅰ、半桥Ⅱ和扩展开关电容电路；

所述半桥Ⅰ包括开关管S₁与开关管S₂，所述半桥Ⅱ包括开关管S₃与开关管S₄；所述扩展开关电容电路包括开关电容基础模块和至少一级开关电容子模块；所述开关电容基础模块包括开关管S₁₂、开关管S₀、二极管D₁和电解电容C₁，所述开关电容子模块包括开关管S_i1、开关管S_i2、二极管D_i和电解电容C_i，（i=2，3，……，n）；

其中，所述半桥Ⅰ的开关管S₁的集电极与所述开关电容基础模块的二极管D₁的阴极相连接，所述开关管S₁的发射极与所述开关管S₂的集电极相连接；所述开关管S₂的发射极与直流输入电源V_dc的负极相连接；

所述半桥Ⅱ的开关管S₃的集电极与所述电解电容C_i的阳极相连接，所述开关管S₃的发射极与所述开关管S₄的集电极相连接；所述开关管S₄的发射极与所述直流输入电源V_dc的负极相连接；

所述开关电容基础模块的开关管S₁₂的发射极与所述电解电容C₁的阴极和所述二极管D_i的阳极相连接，所述开关管S₁₂的集电极分别与所述直流输入电源V_dc的正极和所述二极管D₁的阳极相连接；所述开关管S₀的集电极分别与所述开关管S_n2的发射极、所述电解电容C_i的阴极和所述二极管D_i的阴极相连接，所述开关管S₀的发射极分别与所述直流输入电源V_dc的负极、所述开关管S₂的发射极和所述开关管S₄的发射极相连接；所述二极管D₁的阴极分别与所述开关管S_i1的集电极和所述电解电容C_i的阳极相连接；所述电解电容C₁的阳极分别连接所述开关管S_i1的发射极和所述开关管S_i2的集电极相连接；

所述开关电容子模块的开关管S_i1的集电极与所述电解电容C_i的阳极相连接，所述开关管S_i1的发射极与所述开关管S_i2的集电极相连接；所述开关管S_i2的发射极与所述电解电容C_i的阴极和所述二极管D_i的阴极相连接。

本发明第二方面提供一种扩展多电平升压逆变拓扑调制方法，通过驱动信号，控制上述的扩展多电平升压逆变拓扑工作在2n+3种模态，输出2n+3种电平：0、±V_dc、±2V_dc、……、±(n+1)V_dc；其中，n为开关电容子模块的级数。

本发明第三方面提供一种扩展多电平升压逆变系统，包括控制器和逆变拓扑，所述逆变拓扑为上述的扩展多电平升压逆变拓扑。

本发明第四方面提供一种可读存储介质，其上存储有指令，该指令被处理器执行时实现如上述的扩展多电平升压逆变拓扑调制方法的步骤。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说：

1）本发明提供一种单输入的扩展多电平升压逆变拓扑及调制方法，所述扩展多电平升压逆变拓扑包括半桥Ⅰ、半桥Ⅱ和扩展开关电容电路，通过驱动开关管的通断控制所述直流输入电源与所述扩展开关电容电路的串并联转换；所述半桥Ⅰ和所述半桥Ⅱ用于完成扩展开关电容电路输出电平的正负极性转换；逆变拓扑输出电平数量和升压增益可通过开关电容单元的模块化扩展进一步提高，具有n级开关电容子模块的逆变拓扑电路共可输出0、±V_dc、±2V_dc、……、±(n+1)V_dc共2n+3个电压电平，最高电平的电压可达到直流输入电压的(n+1)倍；

2）在相同输出电平数量的条件下，本发明的逆变拓扑仅使用一个直流电源和相对较少的开关器件，开关管数量的减少使得逆变拓扑的结构及调制方法大大简化，有助于减小系统体积、成本和控制复杂度；

3）所述开关管S₁与开关管S₂、开关管S₃与开关管S₄、开关管S₀与开关管S₁₂、开关管S_i1与开关管S_i2均工作在互补状态，且电容C_i的充放电状态具有同步性；开关对的互补工作机制简化了调制策略。

附图说明

图1是本发明的逆变拓扑的结构示意图。

图2(a)~(i)是本发明的配置3级开关电容子模块时的9种工作模态。

图3是本发明的逆变拓扑的载波层叠脉冲宽度调制原理图。

图4是本发明的逆变拓扑中开关管的门极驱动逻辑控制图。

图5是本发明的逆变拓扑的带纯阻性负载时的输出电压和负载电流波形图。

图6是本发明的逆变拓扑的带阻感性负载时的输出电压和负载电流波形图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如附图1所示，一种扩展多电平升压逆变拓扑，它包括半桥Ⅰ、半桥Ⅱ和扩展开关电容电路；其中，所述半桥Ⅰ的中点和所述半桥Ⅱ的中点作为所述扩展开关电容多电平升压逆变拓扑的交流输出端；

所述半桥Ⅰ包括开关管S₁与开关管S₂，所述半桥Ⅱ包括开关管S₃与开关管S₄；所述扩展开关电容电路包括开关电容基础模块和至少一级开关电容子模块1；所述开关电容基础模块包括开关管S₁₂、开关管S₀、二极管D₁和电解电容C₁，所述开关电容子模块1包括开关管S_i1、开关管S_i2、二极管D_i和电解电容C_i，（i=2，3，……，n）；

其中，所述半桥Ⅰ的开关管S₁的集电极与所述开关电容基础模块的二极管D₁的阴极相连接，所述开关管S₁的发射极与所述开关管S₂的集电极相连接；所述开关管S₂的发射极与直流输入电源V_dc的负极相连接；

所述半桥Ⅱ的开关管S₃的集电极与所述电解电容C_i的阳极相连接，所述开关管S₃的发射极与所述开关管S₄的集电极相连接；所述开关管S₄的发射极与所述直流输入电源V_dc的负极相连接；

所述开关电容基础模块的开关管S₁₂的发射极与所述电解电容C₁的阴极和所述二极管D_i的阳极相连接，所述开关管S₁₂的集电极分别与所述直流输入电源V_dc的正极和所述二极管D₁的阳极相连接；所述开关管S₀的集电极分别与所述开关管S_n2的发射极、所述电解电容C_i的阴极和所述二极管D_i的阴极相连接，所述开关管S₀的发射极分别与所述直流输入电源V_dc的负极、所述开关管S₂的发射极和所述开关管S₄的发射极相连接；所述二极管D₁的阴极分别与所述开关管S_i1的集电极和所述电解电容C_i的阳极相连接；所述电解电容C₁的阳极分别连接所述开关管S_i1的发射极和所述开关管S_i2的集电极相连接；

所述开关电容子模块的开关管S_i1的集电极与所述电解电容C_i的阳极相连接，所述开关管S_i1的发射极与所述开关管S_i2的集电极相连接；所述开关管S_i2的发射极与所述电解电容C_i的阴极和所述二极管D_i的阴极相连接。

进一步的，所述扩展多电平升压逆变拓扑包括至少两个开关电容子模块；按照与开关电容基础模块的位置关系，将相邻的两个开关电容子模块设置为前级开关电容子模块和后级开关电容子模块；前级开关电容子模块的开关管S_i1的集电极与后级开关电容子模块的开关管S_(i+1)1的集电极相连接；前级开关电容子模块的电解电容C_i的阳极分别与后级开关电容子模块的S_(i+1)1的发射电极和S_(i+1)2的集电极相连接；前级开关电容子模块的二极管D_i的阴极与后级开关电容子模块的二极管D_(i+1)的阳极相连接。

需要说明的是，开关电容子模块中的开关管S_i1、S_i2和二极管D_i用来控制电容C_i(i=2,3,…,n)串并联转换，开关电容基础模块的电容C₁则是由开关管S₁₂和二极管D₁控制；开关管S₀只在逆变拓扑输出0和±V_dC电平时导通以控制电容充电。

具体的，所述开关管均为带有反并联二极管的IGBT或MOSFET，其中，所述开关管S₁与S₂、S₃与S₄、S₀与S₁₂、S_i1与S_i2均工作在互补状态，开关对的互补工作机制简化了调制策略；且所述电解电容C_i的规格参数一致，电解电容C_i的充放电状态具有同步性。

需要说明的是，逆变拓扑的输出电压电平的数量由开关电容子模块的级数决定。通过控制电源与电容的串并联转换，使得具有n级开关电容子模块的逆变拓扑电路共可输出0、±V_dc、±2V_dc、……、±(n+1)V_dc共2n+3个电压电平，同时提高了逆变拓扑输出的最高电平的电压幅值，最高电平的电压可达到直流输入电压的(n+1)倍；且无需复杂的电压平衡控制即可实现电容电压的自平衡。

在上述扩展多电平升压逆变拓扑的基础上，本实施例还给出一种扩展多电平升压逆变拓扑调制方法的具体实施方式。

所述扩展多电平升压逆变拓扑调制方法为：通过驱动信号，控制上述的扩展多电平升压逆变拓扑工作在2n+3种模态，输出2n+3种电平：0、±V_dc、±2V_dc、……、±(n+1)V_dc；其中，n为开关电容子模块的级数。

需要说明的是，在相同输出电平数量的条件下，本发明给出的逆变拓扑仅使用一个直流电源和相对较少的开关器件。开关管数量的减少同时也意味着驱动电路的减少，从而有助于减小系统体积、成本和控制复杂度。

与其他多输入逆变拓扑相比，在相同输出电平数量的条件下，尽管有些拓扑中的开关管有着更低的开关管总电压应力TSV，但是若要输出更多的电平，这些拓扑中需要两个直流电源，或者需要使用更多的直流输入电源（本申请只需一个直流输入电源）。且，虽然某些逆变拓扑的开关管总电压应力TSV更低，但升压增益仅为本发明给出的逆变拓扑的一半。

与其他单输入逆变拓扑相比，在相同输出电平数量的条件下，有些逆变拓扑需要更多数量的开关管；本发明给出的逆变拓扑显著降低了开关管的使用数量。虽然有些单输入逆变拓扑使用的开关管少，但是由于该拓扑缺少从输出侧向直流侧反馈无功能量的通道，导致该逆变拓扑的带感性负载能力受到严重限制。本发明采用了用于转换输出极性的后级H桥式结构，虽然开关管总电压应力TSV高于某些使用开关管更少的单输入逆变拓扑，但是本发明给出的逆变拓扑具备带感性负载能力，且更加适用于中高功率的应用。

从以上对比分析可知，仅使用单个直流电源、适中数量的电容和开关器件本发明即可实现较多的电平输出和较高的升压增益。

另外，本发明给出的逆变拓扑也可以通过级联结构的扩展，从而在应用在高压大功率场合，限于篇幅，本实施例不再对该拓扑的级联扩展结构做详细分析。

实施例2

本实施例给出了一种扩展3个开关电容子模块的具体实施方式，如附图图2(a)~(i)所示。

配置3级开关电容子模块时，所述扩展多电平升压逆变拓扑工作在9种模态：

模态1，如附图2(a)所示：开关管S₂、开关管S₃、开关管S₁₂、开关管S₂₂和开关管S₃₂导通，其余开关管关断，二极管D₁、二极管D₂和二极管D₃反偏截止；此时，电解电容C₁、电解电容C₂、电解电容C₃与直流输入电源V_dc串联放电，逆变拓扑输出4V_dc；

模态2，如附图2(b)所示：开关管S₂、开关管S₃、开关管S₁₂、开关管S₂₂和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁和二极管D₂反偏截止，二极管D₃导通；此时，电解电容C₂与电解电容C₃并联，然后与直流输入电源V_dc和电解电容C₁串联放电，逆变拓扑输出电压为3V_dc；

模态3，如附图2(c)所示：开关管S₂、开关管S₃、开关管S₁₂、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁反偏截止，二极管D₂和二极管D₃导通；此时，电解电容C₁、电解电容C₂和电解电容C₃为并联，然后串联直流输入电源V_dc放电，逆变拓扑输出电压为2V_dc；

模态4，如附图2(d)所示：开关管S₂、开关管S₃、开关管S₀、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁、二极管D₂和二极管D₃导通；此时电解电容C₁、电解电容C₂和电解电容C₃与直流输入电源V_dc均处于并联状态，并被充电至电源电压V_dc，逆变拓扑输出电压为V_dc；

模态5，如附图2(e)所示：开关管S₁、开关管S₃、开关管S₀、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁、二极管D₂和二极管D₃导通；此时，逆变拓扑输出电压为0；

模态6，如附图2(f)所示：开关管S₁、开关管S₄、开关管S₀、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁、二极管D₂和二极管D₃导通；此时，电解电容C₁、电解电容C₂和电解电容C₃与直流输入电源V_dc均处于并联状态，并被充电至电源电压V_dc，逆变拓扑输出电压为-V_dc；

模态7，如附图2(g)所示：开关管S₁、开关管S₄、开关管S₁₂、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，D₁反偏截止，二极管D₂和二极管D₃导通；此时，电解电容C₁、电解电容C₂和电解电容C₃为并联，然后串联直流输入电源V_dc放电，逆变拓扑输出电压为-2V_dc；

模态8，如附图2(h)所示：开关管S₁、开关管S₄、开关管S₁₂、开关管S₂₂和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁和二极管D₂反偏截止，二极管D₃导通；此时，电解电容C₂与电解电容C₃并联，然后与直流输入电源V_dc和电解电容C₁串联放电，逆变拓扑输出电压为-3V_dc；

模态9，如附图2(i)所示：开关管S₁、开关管S₄、开关管S₁₂、开关管S₂₂和开关管S₃₂导通，其余开关管关断，二极管D1、二极管D₂和二极管D₃反偏截止；此时，电解电容C₁、电解电容C₂、电解电容C₃与直流输入电源V_dc串联放电，逆变拓扑输出-4V_dc。

本实施例中，逆变拓扑的调制方法采用载波层叠脉冲宽度调制技术，有效降低了逆变拓扑输出波形的谐波畸变率。

如附图3所示，使用8路具有相同幅值A_c和相同频率f_c的三角载波e₁~e₈依次层叠，与1路幅值为A_S、频率为f_S的正弦调制波e_S进行比较，然后将得到的8路原始脉冲波形u₁~u₈进行相关逻辑组合，即可得到用于驱动开关管通断的门极脉冲信号，如图3中v_GS1~v_GT3所示。

如附图4所示，门极脉冲信号的逻辑组合公式为：

其中，S₁至S₄表示开关管S₁至S₄的驱动信号；S₀表示开关管S₀的驱动信号；S₁₂表示开关管S₁₂的驱动信号；S₂₁表示开关管S₂₁的驱动信号，S₂₂表示开关管S₂₂的驱动信号；S₃₁表示开关管S₃₁的驱动信号，S₃₂表示开关管S₃₂的驱动信号。

配置3级开关电容子模块时，根据逆变拓扑的调制比M的大小控制所述扩展多电平升压逆变拓扑输出不同数量的电平：（1）在检测到逆变拓扑的调制比M大于0小于等于0.25时，驱动所述扩展多电平升压逆变拓扑输出三种电平：0、±V_dc；（2）在检测到逆变拓扑的调制比M大于0.25小于等于0.5时，驱动所述扩展多电平升压逆变拓扑输出五种电平：0、±V_dc、±2V_dc；（3）在检测到逆变拓扑的调制比M大于0.5小于等于0.75时，驱动所述扩展多电平升压逆变拓扑输出七种电平：0、±V_dc、±2V_dc、±3V_dc；（4）在检测到逆变拓扑的调制比M大于0.75小于等于1时，驱动所述扩展多电平升压逆变拓扑输出九种电平：0、±V_dc、±2V_dc、±3V_dc和±4V_dc。

其中，所述逆变拓扑的调制比M由调制波和载波的幅值共同决定，即：M=A_s/(4A_c)，其中，A_s表示正弦调制波的幅值，A_c表示三角载波信号幅值。

需要说明的是，在实际应用中本实施例中的扩展多电平升压逆变拓扑在稳定性状态下输出9电平，此时调制比M大于0.75且小于等于1。但是，逆变拓扑在运行过程中会遇到低电压穿越的情况，此时逆变拓扑并网点电压跌落；逆变拓扑为了能够保持并网，会调整正弦调制波的幅值，从而调节逆变拓扑的调制比M，使所述逆变拓扑输出相应电平，直到电网恢复正常。

本实施例还根据上述调制方法通过仿真对所述逆变拓扑进行了验证，图5和图6分别为逆变拓扑带纯阻性负载和阻感性负载时的输出电压和负载电流仿真波形图。

仿真结果显示，当逆变拓扑带纯阻性负载时，负载电流与输出电压波形相似，呈现9电平正弦阶梯PWM波形；当逆变拓扑带阻感性负载时，由于感性负载的滤波作用，负载电流具有更好的正弦性，输出电压与负载电流相位差证明了所提逆变拓扑具有较好的带感性负载的能力。

实施例3

一种扩展多电平升压逆变系统，包括控制器和逆变拓扑，所述逆变拓扑为上述扩展多电平升压逆变拓扑；所述控制器包括DSP和FPGA以及外围电路，所述控制器与逆变拓扑通信连接，以通过调节开关管通断，实现工作模态的调整。所述控制器控制所述扩展多电平升压逆变拓扑中的开关管动作时，执行上述的扩展多电平升压逆变拓扑调制方法的步骤。

实施例4

本实施例给出一种可读存储介质的具体实施方式，其上存储有指令，该指令被处理器执行时实现如上述的扩展多电平升压逆变拓扑调制方法的步骤。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种扩展多电平升压逆变拓扑，其特征在于：包括半桥Ⅰ、半桥Ⅱ和扩展开关电容电路；

所述半桥Ⅰ包括开关管S₁与开关管S₂，所述半桥Ⅱ包括开关管S₃与开关管S₄；所述扩展开关电容电路包括开关电容基础模块和至少一级开关电容子模块；所述开关电容基础模块包括开关管S₁₂、开关管S₀、二极管D₁和电解电容C₁，所述开关电容子模块包括开关管S_i1、开关管S_i2、二极管D_i和电解电容C_i，（i=2，3，……，n）；

其中，所述半桥Ⅰ的开关管S₁的集电极与所述开关电容基础模块的二极管D₁的阴极相连接，所述开关管S₁的发射极与所述开关管S₂的集电极相连接；所述开关管S₂的发射极与直流输入电源V_dc的负极相连接；

所述半桥Ⅱ的开关管S₃的集电极与所述电解电容C_i的阳极相连接，所述开关管S₃的发射极与所述开关管S₄的集电极相连接；所述开关管S₄的发射极与所述直流输入电源V_dc的负极相连接；

所述开关电容基础模块的开关管S₁₂的发射极与所述电解电容C₁的阴极和所述二极管D_i的阳极相连接，所述开关管S₁₂的集电极分别与所述直流输入电源V_dc的正极和所述二极管D₁的阳极相连接；所述开关管S₀的集电极分别与所述开关管S_n2的发射极、所述电解电容C_i的阴极和所述二极管D_i的阴极相连接，所述开关管S₀的发射极分别与所述直流输入电源V_dc的负极、所述开关管S₂的发射极和所述开关管S₄的发射极相连接；所述二极管D₁的阴极分别与所述开关管S_i1的集电极和所述电解电容C_i的阳极相连接；所述电解电容C₁的阳极分别连接所述开关管S_i1的发射极和所述开关管S_i2的集电极相连接；

所述开关电容子模块的开关管S_i1的集电极与所述电解电容C_i的阳极相连接，所述开关管S_i1的发射极与所述开关管S_i2的集电极相连接；所述开关管S_i2的发射极与所述电解电容C_i的阴极和所述二极管D_i的阴极相连接。

2.根据权利要求1所述的扩展多电平升压逆变拓扑，其特征在于：所述扩展多电平升压逆变拓扑包括至少两个开关电容子模块；按照与开关电容基础模块的位置关系，将相邻的两个开关电容子模块设置为前级开关电容子模块和后级开关电容子模块；

前级开关电容子模块的开关管S_i1的集电极与后级开关电容子模块的开关管S_(i+1)1的集电极相连接；前级开关电容子模块的电解电容C_i的阳极分别与后级开关电容子模块的S_(i+1)1的发射电极和S_(i+1)2的集电极相连接；前级开关电容子模块的二极管D_i的阴极与后级开关电容子模块的二极管D_(i+1)的阳极相连接。

3.一种扩展多电平升压逆变拓扑调制方法，其特征在于：通过驱动信号，控制权利要求1或2所述的扩展多电平升压逆变拓扑工作在2n+3种模态，输出2n+3种电平：0、±V_dc、±2V_dc、……、±(n+1)V_dc；其中，n为开关电容子模块的级数。

4.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，配置3级开关电容子模块时，所述扩展多电平升压逆变拓扑工作在9种模态：

模态1：开关管S₂、开关管S₃、开关管S₁₂、开关管S₂₂和开关管S₃₂导通，其余开关管关断，二极管D₁、二极管D₂和二极管D₃反偏截止；

模态2：开关管S₂、开关管S₃、开关管S₁₂、开关管S₂₂和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁和二极管D₂反偏截止，二极管D₃导通；

模态3：开关管S₂、开关管S₃、开关管S₁₂、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁反偏截止，二极管D₂和二极管D₃导通；

模态4：开关管S₂、开关管S₃、开关管S₀、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁、二极管D₂和二极管D₃导通；

模态5：开关管S₁、开关管S₃、开关管S₀、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁、二极管D₂和二极管D₃导通；

模态6：开关管S₁、开关管S₄、开关管S₀、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁、二极管D₂和二极管D₃导通；

模态7：开关管S₁、开关管S₄、开关管S₁₂、开关管S₂₁和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，D₁反偏截止，二极管D₂和二极管D₃导通；

模态8：开关管S₁、开关管S₄、开关管S₁₂、开关管S₂₂和开关管S₃₁导通，其余开关管关断，二极管D₁和二极管D₂反偏截止，二极管D₃导通；

模态9：开关管S₁、开关管S₄、开关管S₁₂、开关管S₂₂和开关管S₃₂导通，其余开关管关断，二极管D1、二极管D₂和二极管D₃反偏截止。

5.根据权利要求4所述的调制方法，其特征在于，配置3级开关电容子模块时，根据逆变拓扑的调制比M的大小控制所述扩展多电平升压逆变拓扑输出不同数量的电平：

在检测到逆变拓扑的调制比M大于0小于等于0.25时，驱动所述扩展多电平升压逆变拓扑输出三种电平：0、±V_dc；

在检测到逆变拓扑的调制比M大于0.25小于等于0.5时，驱动所述扩展多电平升压逆变拓扑输出五种电平：0、±V_dc、±2V_dc；

在检测到逆变拓扑的调制比M大于0.5小于等于0.75时，驱动所述扩展多电平升压逆变拓扑输出七种电平：0、±V_dc、±2V_dc、±3V_dc；

在检测到逆变拓扑的调制比M大于0.75小于等于1时，驱动所述扩展多电平升压逆变拓扑输出九种电平：0、±V_dc、±2V_dc、±3V_dc和±4V_dc。

6.一种扩展多电平升压逆变系统，包括控制器和逆变拓扑，其特征在于：所述逆变拓扑为权利要求1或2所述的扩展多电平升压逆变拓扑。

7.根据权利要求6所述的扩展多电平升压逆变系统，其特征在于：所述控制器控制所述扩展多电平升压逆变拓扑中的开关管动作时，执行权利要求3-5任一项所述的扩展多电平升压逆变拓扑调制方法的步骤。

8.一种可读存储介质，其上存储有指令，其特征在于：该指令被处理器执行时实现如权利要求3-5任一项所述的扩展多电平升压逆变拓扑调制方法的步骤。

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