CN113258814A - 一种高增益低应力光伏多电平逆变器及控制方法 - Google Patents

一种高增益低应力光伏多电平逆变器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高增益低应力光伏多电平逆变器。该逆变器使用1个光伏直流电源、3个电容和15个开关器件实现4倍电压增益和17电平交流电压输出。所提逆变器能以较少的开关器件产生较多的电平，有效降低了逆变器的输出谐波含量；无需后端H桥即可实现逆变过程，有效降低了开关器件的电压应力；各输出电平状态下的双向电流回路实现了带感性负载的能力。此外，所提逆变器的电容电压纹波小，且电容电压自平衡的优点简化了控制器的复杂度。

Description

一种高增益低应力光伏多电平逆变器及控制方法
技术领域
本发明涉及一种高增益低应力光伏多电平逆变器及控制方法，属于电能变换与新能源发电领域，尤其涉及光伏发电领域。
背景技术
可再生能源被广泛应用，世界各国对于可再生能源的需求也与日俱增。可再生能源发电，如光伏发电等，成为日益重要的发电方式。光伏电池组件产生的直流电需要通过逆变器为负载供电或接入交流电网，因此高性能的逆变器在光伏发电系统中至关重要。
相较于二电平逆变器，多电平逆变器电磁干扰小，能够在承受更高电压的同时输出更高质量的正弦波形。传统的多电平逆变器主要包括级联H桥型、二极管钳位型和飞跨电容型。级联H桥型多电平逆变器将各光伏直流电源分别供电的H桥单元串联，输出多电平的交流电压波形。二极管箝位型多电平逆变器用二极管来隔断光伏直流电源；类似地，飞跨电容型逆变器用大电容来阻断电压。但是传统多电平逆变器使用了大量的二极管和电容等器件，飞跨电容型与二极管钳位型逆变器的直流电容还存在均压问题。此外，光伏发电单元的输出电压通常不能满足并网要求，光照、温度、阴影等因素可能导致最大功率点电压降低，而传统的多电平逆变器并不具备升压功能。
为了解决上述问题，Z源、模块化多电平和开关电容为代表的新型多电平逆变器正快速发展。开关电容多电平逆变器通过开关的导通与关断实现电容的串并联与充放电，能够以较少的器件输出较高电平，开关承受的电压应力低且能够实现电容电压自平衡。
发明内容
本发明的目的是针对现有多电平逆变器的不足，提供一种高增益低应力光伏多电平逆变器及控制方法，具体方案如下：
本发明第一方面提供一种用于高增益低应力光伏多电平逆变器的升压单元，包括光伏直流电源E、电解电容C1、电解电容C2、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6和不包含反向二极管的开关管S1；
所述开关管S1的输入端与开关管S2的输入端、光伏直流电源E的正极相连接；所述开关管S1的输出端与电解电容C1的阳极、开关管S5的输入端相连接；
所述开关管S2的输出端与开关管S3的输出端、开关管S6的输入端和电解电容C2的阴极相连接；
所述开关管S3的输入端与电解电容C1的阴极和开关管S4的输出端相连接；
所述所述开关管S4的输入端与开关管S5的输出端、电解电容C2的阳极相连接；
所述开关管S6的输出端与光伏直流电源E的负极相连接。
本发明第二方面提供一种高增益低应力光伏多电平逆变器，包括所述的升压单元、工字形开关结构、独立电容C3和两个半桥结构；
所述工字形开关结构包括开关管S7、开关管S8、开关管S9、开关管S10和开关管S11；
所述开关管S7的输入端与所述开关管S1的输出端相连接；所述开关管S7的输出端与所述开关管S8的输出端、所述开关管S11的输入端相连接；
所述开关管S9的输入端与所述开关管S10的输入端、所述开关管S11的输出端相连接；所述开关管S9的输出端与所述开关管S6的输出端相连接；
所述独立电容C3为电解电容，阳极与所述开关管S8的输入端相连接，阴极与所述开关管S10的输出端相连接；
所述半桥结构包括开关管S12、开关管S13、开关管S14和开关管S15；
所述开关管S12的输入端与所述开关管S1的输出端相连接，所述开关管S12的输出端与所述开关管S13的输入端相连接，所述开关管S13的输出端与所述开关管S6的输出端相连接；
所述开关管S14的输入端与所述开关管S8的输入端相连接，所述开关管S14的输出端与所述开关管S15的输入端相连接，所述开关管S15的输出端与开所述关管S10的输出端相连接。
本发明第三方面提供一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器，包括所述的高增益低应力光伏多电平逆变器和可拓展模块；
所述可拓展模块包括开关管S16、开关管S17、开关管S18、开关管S19、开关管S20和电解电容C4；
所述开关管S16的输入端与开关管S19的输入端、电解电容C4的阳极相连接；所述开关管S16的输出端与开关管S18的输入端相连接；所述开关管S17的输入端与开关管S18的输出端相连接；所述开关管S17的输出端与开关管S20的输出端、所述电解电容C4的阴极相连接。
本发明第四方面提供一种高增益低应力光伏多电平逆变器的控制方法，生成驱动信号，通过所述驱动信号控制所述的高增益低应力光伏多电平逆变器工作在17种工作状态下，输出17种电平，且所述高增益低应力光伏多电平逆变器输出4倍电压增益。
本发明第五方面提供一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器的控制方法，生成驱动信号，通过所述驱动信号控制所述的可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器工作在8n+9种工作状态下，输出8n+9种电平，且所述可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器输出G=2n+2倍电压增益，其中，n表示可拓展模块的总个数。
本发明第六方面提供一种高增益低应力光伏多电平逆变系统，包括逆变器和控制器，所述逆变器为所述的高增益低应力光伏多电平逆变器。
本发明第七方面提供一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变系统，包括逆变器和控制器，所述逆变器为所述的可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器。
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、本发明提供的升压单元中所有开关承受的最大电压应力均等于直流源的电压值E，工字形结构与两个半桥结构中的开关管承受的最大电压应力均为2E；所有开关管承受的总电压应力为22.5E，单个开关管承受的最大电压应力和所有开关管承受的的总电压应力较低。
2、本发明高增益低应力光伏多电平逆变器可实现17电平电压输出和4倍电压增益。本发明逆变器在输出17电平时，仅需要1个直流电源，3个电容和15个开关管，相较于同类型逆变器，使用了更少的开关管和电解电容等器件。
3、本发明升压单元中两个电解电容C1和C2的充放电状态完全一致，使逆变器具备电容电压自平衡能力；从交流输出侧向直流输入侧反馈无功能量的通道使所述逆变器具备带感性负载的能力；多个开关管具有相同或互补的工作状态，降低了所述逆变器的控制复杂度。
4、本发明升压单元中电解电容C1与C2的充电电压为直流输入电压的一半（0.5Vdc）；电解电容C3的充电电压为2倍直流输入电压2Vdc。
5、本发明提出的模块化拓展结构能够通过增加可拓展模块来提高输出电平。该拓展结构只需要一个直流电源，不仅能够保持开关的电压应力不变而且能够降低电容的电压纹波。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的高增益低应力光伏多电平逆变器的结构图。
图2为本发明实施例2所述的可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器的结构图。
图3（a）为本发明实施例3中所述逆变器的载波层叠脉冲宽度调制原理的载波与调制波波形图。
图3（b）为本发明实施例3中所述逆变器的载波层叠脉冲宽度调制原理的原始PWM脉冲波形图。
图3（c）为本发明实施例3中所述逆变器的载波层叠脉冲宽度调制原理的各开关管的控制信号波形图。
图3（d）为本发明实施例3中所述逆变器的载波层叠脉冲宽度调制原理的目标输出波形图。
图4（a）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(a)的工作原理图。
图4（b）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(b)的工作原理图。
图4（c）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(c)的工作原理图。
图4（d）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(d)的工作原理图。
图4（e）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(e)的工作原理图。
图4（f）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(f)的工作原理图。
图4（g）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(g)的工作原理图。
图4（h）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(h)的工作原理图。
图4（i）为本发明实施例3中所述逆变器在正半周期运行时的工作状态(i)的工作原理图。
图5为本发明实施例3中所述逆变器带阻感性负载时的输出电压和输出电流波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，但本发明并不限于这些实施方式：
实施例1
如图1所示，一种高增益低应力光伏多电平逆变器，包括升压单元、工字形开关结构、独立电容C3和两个半桥结构；本实施例逆变器由升压单元与独立电容C3通过工字形开关结构连接构成，并使用两个半桥结构代替H桥来转换输出电平的极性。
所述升压单元包括光伏直流电源E、电解电容C1、电解电容C2、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6和不包含反向二极管的开关管S1；所述开关管S1的输入端与开关管S2的输入端、光伏直流电源E的正极相连接；所述开关管S1的输出端与电解电容C1的阳极、开关管S5的输入端相连接；所述开关管S2的输出端与开关管S3的输出端、开关管S6的输入端和电解电容C2的阴极相连接；所述开关管S3的输入端与电解电容C1的阴极和开关管S4的输出端相连接；所述所述开关管S4的输入端与开关管S5的输出端、电解电容C2的阳极相连接；所述开关管S6的输出端与光伏直流电源E的负极相连接。
所述升压单元中，所述开关管S3和所述开关管S5工作状态一致，并与所述开关管S4工作在互补状态；所述开关管S2和所述开关管S6工作在互补状态。使用光伏直流电源E为电解电容C1和C2充电；所述开关管S3和所述开关管S5同时导通和关断，并与所述开关管S4互补导通，实现电解电容C1和C2串联与并联的切换；使用所述开关管S1和互补导通的开关管对S2、S6实现光伏直流电源E与两个电解电容C1和C2间并联和串联的切换；通过控制充放电过程该升压单元可以实现两个电解电容C1和C2的状态完全一致。
所述工字形开关结构包括开关管S7、开关管S8、开关管S9、开关管S10和开关管S11；所述开关管S7的输入端与所述开关管S1的输出端相连接；所述开关管S7的输出端与所述开关管S8的输出端、所述开关管S11的输入端相连接；所述开关管S9的输入端与所述开关管S10的输入端、所述开关管S11的输出端相连接；所述开关管S9的输出端与所述开关管S6的输出端相连接；
所述独立电容C3为电解电容，阳极与所述开关管S8的输入端相连接，阴极与所述开关管S10的输出端相连接。
所述工字形结构将升压单元和独立电容C3连接起来。所述开关管S7、开关管S8、开关管S9和开关管S10导通时升压单元与独立电容并联；所述开关管S7、开关管S10、开关管S11导通或所述开关管S8、开关管S9、开关管S11导通时升压单元与独立电容串联；所述开关管S7、开关管S8导通或所述开关管S9、开关管S10导通时升压单元与独立电容不连接。
所述半桥结构包括开关管S12、开关管S13、开关管S14和开关管S15；所述开关管S12的输入端与所述开关管S1的输出端相连接，所述开关管S12的输出端与所述开关管S13的输入端相连接，所述开关管S13的输出端与所述开关管S6的输出端相连接；所述开关管S14的输入端与所述开关管S8的输入端相连接，所述开关管S14的输出端与所述开关管S15的输入端相连接，所述开关管S15的输出端与开所述关管S10的输出端相连接。
所述半桥结构中，开关管S12和开关管S13工作在互补状态；开关管S14和开关管S15工作在互补状态。工作在互补状态的开关管交替导通实现输出电平极性的转换。
具体的，除所述开关管S1外的开关管均为带有反并联二极管的MOSFET或IGBT。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器，包括实施例1所述的高增益低应力光伏多电平逆变器和可拓展模块；
所述可拓展模块包括开关管S16、开关管S17、开关管S18、开关管S19、开关管S20和电解电容C4；所述开关管S16的输入端与开关管S19的输入端、电解电容C4的阳极相连接；所述开关管S16的输出端与开关管S18的输入端相连接；所述开关管S17的输入端与开关管S18的输出端相连接；所述开关管S17的输出端与开关管S20的输出端、所述电解电容C4的阴极相连接。
升压单元同时为所有可拓展模块充电，各模块能够与升压单元串联放电以增加输出电平数。相邻可拓展模块中的电容能够并联放电以降低电容的电压纹波。
实施例3
本实施例提供一种高增益低应力光伏多电平逆变器的控制方法：
生成驱动信号，通过所述驱动信号控制实施例1所述的高增益低应力光伏多电平逆变器工作在17种工作状态下，输出17种电平，且所述高增益低应力光伏多电平逆变器输出4倍电压增益。
具体的，如图3（a）-3（d）所示的调制原理，采用载波层叠脉冲宽度调制技术，使用16路具有相同幅值和相同频率的三角载依次层叠，与1路正弦调制波进行比较，然后将得到的16路原始脉冲波形进行逻辑组合，即可得到用于驱动开关管通断的门极脉冲驱动信号。该逆变器的输出电平数较多，通过正半周期的8路PWM波形来代表调制策略的原理，这一点所属领域的普通技术人员能够理解。
图4（a）-4（i）给出了本实施例逆变器在输出0电平和正电平时逆变器在不同状态下的工作原理图。符号“+”与“-”代表接入负载的正负极，逆变器输出电压用U表示；实线代表放电回路；虚线代表续流回路，箭头则代表其方向。具体工作原理描述如下：
工作状态(a)：升压单元中开关管S4导通，电解电容C1和C2串联；开关管S1和S6导通，光伏直流电源与电容并联，为电容充电。工字形开关结构中开关管S9和S10导通，升压单元单独放电；输出端中开关管S13和S15导通，逆变器输出电压U为0。
工作状态(b)：升压单元中开关管S3和S5导通，电解电容C1和C2并联；开关管S6导通，光伏直流电源与电容不连接。工字形开关结构中开关管S9和S10导通，升压单元单独放电；输出端中开关管S12和S15导通，逆变器输出电压U为0.5E。
工作状态(c)：升压单元中开关S4导通，电解电容C1和C2串联；开关管S1和S6导通，光伏直流电源与电容并联，为电容充电。开关结构中开关管S9和S10导通，升压单元单独放电；输出端中开关管S12和S15导通，逆变器输出电压U为E。
工作状态(d)：升压单元中开关管S3和S5导通，电解电容C1和C2并联；开关管S2导通，光伏直流电源与电容串联放电。开关管S9和S10导通，升压单元单独放电；开关管S12和S15导通，输出电压U为1.5E。
工作状态(e)：升压单元中开关S4导通，电解电容C1和C2串联；开关管S2导通，光伏直流电源与电容串联。开关管S7、S8、S9和S10共同导通，升压单元为电解电容C3充电；开关管S12和S15导通，输出电压U为2E。
工作状态(f)：升压单元中开关S3和S5导通，电解电容C1和C2并联；开关管S6导通，光伏直流电源与两个电容不连接。开关管S8、S9和S11导通，升压单元与电解电容C3的串联放电；开关管S12和S15导通，输出电压U为2.5E。
工作状态(g)：升压单元中开关S4导通，电解电容C1和C2串联；开关管S1和S6导通，光伏直流电源与电容并联，为电容充电。开关管S8、S9和S11导通，升压单元与电解电容C3串联放电；开关管S12和S15导通，输出电压U为3E。
工作状态(h)：升压单元中开关管S3和S5导通，电解电容C1和C2并联；开关管S2导通，光伏直流电源与电容串联。开关管S8、S9和S11导通，升压单元与电解电容C3串联放电；开关管S12和S15导通，输出电压U为3.5E。
工作状态(i)：升压单元中开关管S4导通，电解电容C1和C2串联；开关管S2导通，光伏直流电源与电容串联。开关管S8、S9和S11导通，升压单元与电解电容C3串联放电；开关管S12和S15导通，输出电压U为4E。
在正半工作周期内，本实施例逆变器从工作状态(a)、工作状态(b)、工作状态(c)、工作状态(d)、工作状态(e)、工作状态(f)、工作状态(g)、工作状态(h)、工作状态(i)、工作状态(h)、工作状态(g)、工作状态(f)、工作状态(e)、工作状态(d)、工作状态c)、工作状态(b)、工作状态(a)，依次变化，输出0、0.5E、E、1.5E、2E、2.5E、3E、3.5E、4E、3.5E、3E、2.5E、2E、1.5E、E、0.5E、0；为了降低开关频率，减少损耗，在工作状态切换时，除了电流回路中开关管需要动作外，其余开关管由于不参与电流回路，可维持当前状态（上一工作状态中的状态）不变。
在负半工作周期内，本实施例逆变器从工作状态(a)、工作状态(j)、工作状态(k)、工作状态(l)、工作状态(m)、工作状态(n)、工作状态(o)、工作状态(p)、工作状态(q)、工作状态(p)、工作状态(o)、工作状态(n)、工作状态(m)、工作状态(l)、工作状态(k)、工作状态(j)、工作状态(a)，依次变化，输出0、-0.5E、-E、-1.5E、-2E、-2.5E、-3E、-3.5E、-4E、-3.5E、-3E、-2.5E、-2E、-1.5E、-E、-0.5E、0；工作状态(a)、工作状态(j)、工作状态(k)、工作状态(l)、工作状态(m)、工作状态(n)、工作状态(o)、工作状态(p)、工作状态(q)对应的开关管状态如下表所示，本实施例不再详述。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
本实施例根据上述调制方式通过实验对逆变器的17电平进行了验证，图5为逆变器带阻感性负载时的输出电压和负载电流波形图。实验结果显示，本实施例的逆变器稳定运行时能够输出标准的17电平阶梯电压波形，且输出电压达到了4倍的升压增益，其负载电流波形表现为平滑的正弦曲线且滞后于输出电压波形。
实施例4
本实施例提供一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器的控制方法，生成驱动信号，通过所述驱动信号控制实施例2所述的可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器工作在8n+9种工作状态下，输出8n+9种电平，且所述可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器输出G=2n+2倍电压增益，其中，n表示可拓展模块的总个数。
本实施例的调制原理，采用载波层叠脉冲宽度调制技术，使用8n+8路具有相同幅值和相同频率的三角载依次层叠，与1路正弦调制波进行比较，然后将得到的8n+8路原始脉冲波形进行逻辑组合，即可得到用于驱动开关管通断的门极脉冲驱动信号。
该逆变器的输出电平数较多，具体的工作原理可以参考实施例3中的输出17电平的高增益低应力光伏多电平逆变器。
实施例5
本实施例给出一种高增益低应力光伏多电平逆变系统，包括逆变器和控制器，所述逆变器为实施例1所述的高增益低应力光伏多电平逆变器。
本实施例还给出另一种高增益低应力光伏多电平逆变系统的具体实施方式，包括逆变器和控制器，所述控制器控制逆变器中的开关管动作时，执行实施例3所述的高增益低应力光伏多电平逆变器的控制方法的步骤。
实施例6
本实施例给出一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变系统，包括逆变器和控制器，所述逆变器为实施例2所述的可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器。
本实施例还给出另一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变系统的具体实施方式，包括逆变器和控制器，所述控制器控制逆变器中的开关管动作时，执行实施例4所述的可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器的控制方法的步骤。
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。
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 (10)

1.一种用于高增益低应力光伏多电平逆变器的升压单元，其特征在于：
包括光伏直流电源E、电解电容C1、电解电容C2、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5、开关管S6和不包含反向二极管的开关管S1；
所述开关管S1的输入端与开关管S2的输入端、光伏直流电源E的正极相连接；所述开关管S1的输出端与电解电容C1的阳极、开关管S5的输入端相连接；
所述开关管S2的输出端与开关管S3的输出端、开关管S6的输入端和电解电容C2的阴极相连接；
所述开关管S3的输入端与电解电容C1的阴极和开关管S4的输出端相连接；
所述开关管S4的输入端与开关管S5的输出端、电解电容C2的阳极相连接；
所述开关管S6的输出端与光伏直流电源E的负极相连接。
2.一种高增益低应力光伏多电平逆变器，其特征在于：包括权利要求1所述的升压单元、工字形开关结构、独立电容C3和两个半桥结构；
所述工字形开关结构包括开关管S7、开关管S8、开关管S9、开关管S10和开关管S11；
所述开关管S7的输入端与所述开关管S1的输出端相连接；所述开关管S7的输出端与所述开关管S8的输出端、所述开关管S11的输入端相连接；
所述开关管S9的输入端与所述开关管S10的输入端、所述开关管S11的输出端相连接；所述开关管S9的输出端与所述开关管S6的输出端相连接；
所述独立电容C3为电解电容，阳极与所述开关管S8的输入端相连接，阴极与所述开关管S10的输出端相连接；
所述半桥结构包括开关管S12、开关管S13、开关管S14和开关管S15；
所述开关管S12的输入端与所述开关管S1的输出端相连接，所述开关管S12的输出端与所述开关管S13的输入端相连接，所述开关管S13的输出端与所述开关管S6的输出端相连接；
所述开关管S14的输入端与所述开关管S8的输入端相连接，所述开关管S14的输出端与所述开关管S15的输入端相连接，所述开关管S15的输出端与开所述关管S10的输出端相连接。
3.根据权利要求2所述的高增益低应力光伏多电平逆变器，其特征在于：所述开关管S3和所述开关管S5工作状态一致，并与所述开关管S4工作在互补状态；所述开关管S2和所述开关管S6工作在互补状态；所述开关管S12和所述开关管S13工作在互补状态；所述开关管S14和所述开关管S15工作在互补状态。
4.根据权利要求3所述的高增益低应力光伏多电平逆变器，其特征在于：除所述开关管S1外的开关管均为带有反并联二极管的MOSFET或IGBT。
5.一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器，其特征在于：包括权利要求2-3任一项所述的高增益低应力光伏多电平逆变器和可拓展模块；
所述可拓展模块包括开关管S16、开关管S17、开关管S18、开关管S19、开关管S20和电解电容C4；
所述开关管S16的输入端与开关管S19的输入端、电解电容C4的阳极相连接；所述开关管S16的输出端与开关管S18的输入端相连接；所述开关管S17的输入端与开关管S18的输出端相连接；所述开关管S17的输出端与开关管S20的输出端、所述电解电容C4的阴极相连接。
6.一种高增益低应力光伏多电平逆变器的控制方法，其特征在于：
生成驱动信号，通过所述驱动信号控制权利要求2-4任一项所述的高增益低应力光伏多电平逆变器工作在17种工作状态下，输出17种电平，且所述高增益低应力光伏多电平逆变器输出4倍电压增益。
7.根据权利要求6所述的非桥式模块化逆变器的控制方法，其特征在于，采用载波层叠脉冲宽度调制技术，使用16路具有相同幅值和相同频率的三角载依次层叠，与1路正弦调制波进行比较，然后将得到的16路原始脉冲波形进行逻辑组合，即可得到用于驱动开关管通断的门极脉冲驱动信号。
8.一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器的控制方法，其特征在于：生成驱动信号，通过所述驱动信号控制权利要求5所述的可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器工作在8n+9种工作状态下，输出8n+9种电平，且所述可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器输出G=2n+2倍电压增益，其中，n表示可拓展模块的总个数。
9.一种高增益低应力光伏多电平逆变系统，包括逆变器和控制器，其特征在于：所述逆变器为权利要求2-4任一项所述的高增益低应力光伏多电平逆变器。
10.一种可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变系统，包括逆变器和控制器，其特征在于：所述逆变器为权利要求5所述的可拓展的高增益低应力光伏多电平逆变器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114944776A (zh) * 2022-05-28 2022-08-26 郑州大学 一种用于新能源接入的高增益dc-ac变换器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017157271A1 (en) * 2016-03-14 2017-09-21 The Hong Kong Polytechnic University Multilevel inverters
CN108683347A (zh) * 2018-04-17 2018-10-19 西安工业大学 基于倍压电路的七电平逆变器拓扑结构及七电平逆变器
CN109194170A (zh) * 2018-09-28 2019-01-11 华东交通大学 一种采用开关电容电路的七电平逆变器
CN110149065A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 郑州大学 一种升降压开关电容多电平逆变器及其调制方法
CN111490695A (zh) * 2020-04-29 2020-08-04 南京理工大学 单级式低电压应力开关电容式多电平逆变器拓扑结构及电平调制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017157271A1 (en) * 2016-03-14 2017-09-21 The Hong Kong Polytechnic University Multilevel inverters
CN108683347A (zh) * 2018-04-17 2018-10-19 西安工业大学 基于倍压电路的七电平逆变器拓扑结构及七电平逆变器
CN109194170A (zh) * 2018-09-28 2019-01-11 华东交通大学 一种采用开关电容电路的七电平逆变器
CN110149065A (zh) * 2019-05-13 2019-08-20 郑州大学 一种升降压开关电容多电平逆变器及其调制方法
CN111490695A (zh) * 2020-04-29 2020-08-04 南京理工大学 单级式低电压应力开关电容式多电平逆变器拓扑结构及电平调制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PRABHAT RANJAN BANA ET AL.: "Extendable Switched-Capacitor Multilevel Inverter With Reduced Number of Components and Self-Balancing Capacitors", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS》 *
李永东等: "多电平变换器拓扑结构综述及展望", 《电机与控制学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114944776A (zh) * 2022-05-28 2022-08-26 郑州大学 一种用于新能源接入的高增益dc-ac变换器
CN114944776B (zh) * 2022-05-28 2024-03-15 郑州大学 一种用于新能源接入的高增益dc-ac变换器

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