CN113014131A - 一种适用于混合级联h桥的改进混合调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于电压比为1:1:2的混合级联H桥多电平逆变器的改进型混合调制方法，属于多电平变流器PWM技术领域。该方法将高压单元与低压单元进行单独控制。高压部分采用阶梯波调制得到高压单元的脉冲信号。低压部分采用阶梯波调制与PWM调制相结合的混合调制，其中PWM调制是使用单载波的类似单极性倍频的调制方式，将这两种调制方法进行排序，利用1/4周期循环的方式分别对低压单元实现调制得到低压单元的优化脉冲信号。本发明的方法提高了逆变器输出电压的等效开关频率，实现了低压单元相内、相间开关管功率损耗一致，同时实现了低压单元间的输出功率均衡控制，提高了该逆变器的实用性。

Description

一种适用于混合级联H桥的改进混合调制方法
技术领域
本发明属于多电平变流器PWM技术领域，具体涉及一种直流侧电压比为1:1:2的混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法。
背景技术
随着电力电子技术的飞速发展，电力电子装置的电压和容量等级也随之日益提高，传统的两电平变流技术受器件耐压及输出电压性能的影响已经无法适应大功率高压场合。多电平逆变技术的应运而生，通过拓扑的改变降低了功率器件的电压应力，改善了输出电压的波形质量，同时大大降低了输出电压的变化率，减小了电磁干扰。
在多电平逆变器中，级联H桥型逆变器由于其结构简单、谐波性能好、不存在电压不均衡问题而被广泛应用在电能质量管理、新能源并网等领域，但对于该拓扑而言，增加电平数提高输出电压的波形质量，就需要增加级联数量，这无疑提高了成本，也使得控制更为复杂。于是，有学者提出直流侧不对称的混合级联桥的拓扑结构，该拓扑在输出相同电平的情况下，减少了级联单元的数量，具有很好的研究价值。
混合级联H桥逆变器采用传统混合调制方法时，往往存在高压单元与低压单元输出电压极性相反的状态，当直流侧使用二极管整流时就会产生高压单元向低压单元能量倒灌问题，使得直流侧电容电压升高，从而导致逆变器输出波形质量下降，甚至烧毁装置。其中混合级联H桥逆变器根据直流侧电压比的不同可以分成多种不同类型的结构，有常见的电压比为1:2、1:3的结构，也有1:1:2等多低压单元的结构。多低压单元的混合级联逆变器在电平跳变时，往往有更多的冗余开关状态，不需要设计更多的载波和额外的逻辑重组，通过合理的选择就可以解决电流倒灌问题，但存在着低压单元间输出功率不均衡问题。
如图1所示为电压比1:1:2的混合级联H桥逆变器的拓扑结构，该拓扑由两个直流源为E的低压单元 H1、H2和一个直流源为2E的高压单元H3组成。本发明的调制方法在保证无能量倒灌问题的情况下，可以使得高压单元工作在低频状态，降低了整体开关损耗，逆变器输出电压的等效开关频率可达实际开关频率的两倍，同时低压单元的功率均衡控制使得低压单元在半个输出电压周期内实现输出功率平衡，提高了该逆变器的实用性。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提出一种适用于电压比为1:1:2的混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法，提高了逆变器输出电压的等效开关频率，实现了低压单元相内、相间开关管功率损耗一致，同时实现了低压单元间的输出功率均衡控制，提高了该逆变器的实用性。
本发明的技术方案如下：
(1)该混合级联H桥逆变器由3个级联单元组成，其中，单元1、2为低压单元，直流侧为电压源，且直流侧电压为E，单元3为高压单元，直流侧电压为2E，H1单元输出电压为vH1，H2单元输出电压为vH2， H3单元输出电压为vH3，逆变器输出电压为vout。
(2)该方法实现由数字电路实现。原理部分分为高压部分调制及低压部分调制，高压部分主要有主调制波1(vref1)、高压参考电平±2E，低压部分主要包括主调制波2(vref2)、辅调制波(vm)、三角载波(vc)。其中，主调制波1(vref1)为幅值4E、频率为fm的正弦波，主调制波2(vref2)满足式(1)，辅调制波(vm)满足式(2)，三角载波(vc)幅值为E，频率为fc。
Figure BDA0002962297070000021
Figure BDA0002962297070000022
(3)在高压部分的调制中，主调制波1(vref1)在每个周期内分别与高压参考电位2E、-2E比较生成高压单元H3开关管的驱动信号。
(4)在低压部分调制中，分两种调制方式，方式1：主调制波2(vref2)与三角载波(vc)比较生成一个低压单元的开关管的驱动信号；方式2：辅调制波(vm)与低压参考电平±E比较生成另一个低压单元的开关管的驱动信号。两个低压单元按照1/4输出电压周期分别进行两种调制方式循环调制，得到单元1，单元2开关管的驱动信号。
有效效果
本发明的方法可以使电压比1:1:2的混合级联H桥逆变器低压单元输出功率实现功率均衡，提高逆变器输出电压的等效开关频率，从而改善系统的输出特性，同时可以实现级联单元内部开关管开关损耗一致，提高开关管的使用寿命，增加了该逆变器的实用性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是电压比1:1:2混合级联H桥逆变器的主拓扑电路。
图2是本发明提的改进混合调制方法的原理图
图3是各级联单元的输出电压及逆变器输出电压图
图4是逆变器输出电压vout的频谱图
图5是低压单元输出功率图
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。
对于电压比1:1:2的混合级联H桥逆变器，级联单元直流侧为直流电源，低压单元H1,H2直流侧电压为E，交流侧输出电压分别为uH1、uH2，高压单元H3直流侧电压为2E，交流侧输出电压为uH3，逆变器输出电压为uout，输出电流为io。该拓扑高压单元与低压单元输出电压叠加最多可以输出九电平的电压波形，同时逆变器输出电压等效开关频率增加。
对于该拓扑而言，本发明的调制方法三个调制波：主调制波1(vref1)、主调制波2(vref2)、辅调制波(vm)，其中主调制波1(vref1)作为高压单元的调制波，是幅值为4E、频率为fm的正弦波，主调制波2(vref2)满足式(1)，辅调制波(vm)满足式(2)，三角载波(vc)幅值为E，频率为fc，两者都是低压部分的调制波。
在本发明的调制方法中，高压部分的调制为阶梯波调制，调制波只需两个参考电平+2E、-2E；低压部分的调制为阶梯波与PWM混合调制，需要一个三角载波(vc)，两个参考电平+E、-E，其中三角载波(vc)幅值为E，频率为fc。
在低压单元部分，将调制区域内按一个调制波周期T四等分，划分为四个区域，从左至右依次为区域 1(0,T/4)、区域2(T/4,T/2)、区域3(T/2,3T/4)、区域4(3T/4,T)，其中T＝1/fm。高压单元、低压单元的调制原理及低压单元的区域划分如图2所示。
对于高压单元部分，主调制波1(vref1)与参考电平+2E、-2E分别生成动作逻辑信号A、B，当主调制波 1(vref1)大于+2E时，A＝1，否则A＝0；主调制波1(vref1)小于-2E时，B＝1，否则B＝0。主调制波1(vref1)与零电平比较生成动作逻辑信号C，当主调制波1(vref1)大于零电平时，C＝1，否则C＝0。高压级联单元H3的开关管的驱动信号为
Figure BDA0002962297070000031
对于低压单元部分，有两种调制方式，方式1为PWM调制方式，方式2为阶梯波调制调制方式。下面详细介绍两种调制方式的驱动信号获取。方式1：主调制波2(vref2)与三角载波(vc)比较生成动作逻辑信号 D，主调制波2(vref2)的反向调制波(-vref2)与三角载波(vc)比较生成动作逻辑信号E，信号D、E都在这两调制波信号大于三角载波时，取高电平，即D＝1，E＝1；反之逻辑信号取低电平，D＝0，E＝0。方式2：辅调制波(vm)分别与参考电平+E、-E生成动作逻辑信号F、G。
图2中低压单元调制部分划分了四个区域，在每个区域内，两个低压单元分别获取两种不同方式得到的动作逻辑信号，而在下一个区域内，两个低压单元则分别获取另一种方式得到的动作逻辑信号。
低压单元H1、H2的开关管驱动逻辑信号如表1所示
表1低压单元的开关管的驱动逻辑信号
Figure BDA0002962297070000041
结合表1，将四个区域的驱动逻辑信号组合在一起，可以得到低压单元的开关管在一个周期的驱动信号：
Figure BDA0002962297070000042
由式(4)可以看出低压单元内开关管间的开关损耗在一个周期内保持一致，这使得单元内的开关管损耗程度维持在相近水平，从而提高开关管的使用寿命。
高压单元与低压部分协同可以输出九电平的电压波形，如图2中逆变器输出电压部分。
图3是应用本发明所提的改进混合调制方法后，混合级联H桥逆变器各级联单元输出电压及逆变器输出电压波形。可以看出，高压级联单元工作在基频状态，逆变器输出了九电平的电压波形，而且高压级联单元与低压级联单元输出电压极性始终相同，所以不存在电流倒灌问题，。
图4为应用本发明所提的改进混合调制方法后，混合级联H桥逆变器输出电压的频谱分析图。这里逆变器的开关频率为3kHz，而由图4可知输出电压的等效开关频率在6kHz左右，实现了输出电压等效开关频率倍频。
图5为应用本发明所提的改进混合调制方法后，混合级联H桥逆变器低压单元的瞬时输出功率波形。其中，单元1的周期平均输出功率Po1＝2412.5W，单元2的周期平均输出功率Po2＝2412.5W，可以看出低压单元实现了输出功率的均衡控制。

Claims (5)

1.一种适用于混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法，其特征在于：该方法适用于直流侧电压比1:1:2的混合级联H桥逆变器，直流侧均为电压源，其中高压单元直流侧电压为2E，低压单元的直流侧电压为E。
2.一种适用于混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法，其特征在于：该方法的实现原理包括两部分，即高压部分的调制和低压部分的调制，两部分是分开独立调制。对于高压部分主要有主调制波1(vref1)、高压参考电平±2E。低压部分主要有主调制波2(vref2)、辅调制波(vm)、三角载波(vc)。其中主调制波1(vref1)为幅值4E、频率为fm的正弦波，主调制波2(vref2)满足式(1)，辅调制波(vm)满足式(2)，三角载波(vc)幅值为E，频率为fc。
Figure FDA0002962297060000011
Figure FDA0002962297060000012
3.根据权利要求2所述的混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法，其特征在于：高压单元部分的主调制波1(vref1)在每个周期内分别与高压参考电位2E、-2E比较生成高压单元H3开关管的驱动信号。
4.根据权利要求2所述的混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法，其特征在于：低压单元部分调制有两种调制方式，其中方式1是PWM调制方式，即主调制波2(vref2)与三角载波(vc)比较产生一个单元的左桥臂开关管的驱动信号，主调制波2(vref2)的反向调制波(-vref2)与三角载波(vc)比较产生同一单元内右桥臂开关管的驱动信号；而方式2是阶梯波调制方式，即辅调制波(vm)与低压参考电平±E比较生成一个单元的开关管的驱动信号。
5.根据权利要求4所述的混合级联H桥逆变器的改进混合调制方法，其特征在于：低压单元的调制区域内一个调制周期T四等分，划分成四个区域。在每个区域内，两个低压单元分别获取两种不同方式得到的开关管的驱动信号，而在下一个区域内，两个低压单元则分别获取另一种方式得到的开关管的驱动信号。
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CN114268233A (zh) * 2021-11-23 2022-04-01 安徽理工大学 级联h桥的新型功率均衡调制策略

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113992047A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 深圳市禾望电气股份有限公司 三电平电路及其控制方法
CN113992047B (zh) * 2021-10-29 2024-02-20 深圳市禾望电气股份有限公司 三电平电路及其控制方法
CN114268233A (zh) * 2021-11-23 2022-04-01 安徽理工大学 级联h桥的新型功率均衡调制策略

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