1、(19)中民國家知識局*CN102664547A*(12)發明專利申請(10)申請號 CN 102664547(43)申請日 2012.09.12A(21)申請號201210135109.7(22)申請日2012.05.03(71)申請人山東大學地址 250061 山東省濟南市歷下區經十路17923 號(72)發明人(74)專利機構 濟南圣達知識公司 37221人有限(51).Cl.H02M 7/521 (2006.01)權利要求書 2 頁說明書 4 頁附圖 7 頁(54) 發明名稱并聯級聯逆變器(57) 摘要本發明公開了一種并聯級聯逆變器，它以 N個基本模塊和四個濾波電感級聯的多電平逆變器，

2、N 為大于 1 的整數，所述基本模塊為雙 H 橋單元，所述每個 H 橋單元由兩個橋臂組成，每個橋臂有兩個開關管串聯組成，兩個開關管之間的連接點為橋臂的中點，該每個中點與一個輸出端連接，所述這兩個橋臂并聯連接于電源或電容的兩端，所述 N 個基本模塊和四個電感組成了單相并聯級聯逆變器，初級與末級基本模塊的輸出端分別與一個相應的濾波電感連接 ；三個單相并聯級聯逆變器組成了三相并聯級聯逆變器。在輸出與傳統級聯型逆變器相平數量的情況下，它的通流能力增加一倍，相應的功率容量也增加一倍 ；但是每個開關管承受的電壓和通過的電流沒有發生變化。CN 102664547 A權利要CN 102664547 A1/2

3、頁1. 一種并聯級聯逆變器，其特征是，它以 N 個基本模塊和四個濾波電感級聯的多電平逆變器 ；所述基本模塊為雙 H 橋單元，所述 H 橋單元由兩個橋臂組成，每個橋臂有兩個開關管串聯組成，兩個開關管之間的連接點為橋臂的中點，該每個中點與一個輸出端連接 ；所述這四個橋臂并聯連接于電源或電容的兩端 ；所述由 N 個基本模塊和四個濾波電感組成單相并聯級聯逆變器，N 為大于 1 的整數，初級與末級基本模塊的輸出端分別與一個相應的濾波電感連接 ；基本模塊之間的連接方式不同，實現不同的拓撲結構。如權利要求 1 所述并聯級聯逆變器，其特征是，所述單相并聯級聯逆變器的第一種拓撲結構 ：所述第一個基本模塊的第二橋

4、臂的中點與第二個基本模塊的第一橋臂的中點相連接，所述第一個基本模塊的第四橋臂的中點與第二個基本模塊的第三橋臂的中點相連接，依次類推，第 N-1 個基本模塊的第二橋臂和第四橋臂的中點分別與第N 個基本模塊的第一橋臂和第三橋臂的中點相連接 ；第一個基本模塊的第一橋臂的中點連接電感 A 的一端，第一個基本模塊的第三橋臂的中點連接電感C 的一端，電感 A 的另一端與電感C 的另一端相連接，最后一個基本模塊即第 N 個基本模塊的第二橋臂的中點連接電感B 的一端，第N 個基本模塊的第四橋臂的中點連接電感D 的一端，電感 B 的另一端與電感D 的另一端相連接。電感A 與電感C 的連接點，電感 B 與電感 D

5、 的連接點作為單相輸出端，可以接負載。如權利要求 1 所述并聯級聯逆變器，其特征是，所述單相并聯級聯逆變器的第二種拓撲結構 ：所述第一個基本模塊的第一橋臂的中點與第二個基本模塊的第二橋臂的中點相連接，所述第一個基本模塊的第三橋臂的中點與第二個基本模塊的第四橋臂的中點相連接，依次類推，第 N-1 個基本模塊的第一橋臂和第三橋臂的中點分別與第N 個基本模塊的第二橋臂和第四橋臂的中點相連接 ；第一個基本模塊的第二橋臂的中點連接電感 B 的一端，第一個基本模塊的第四橋臂的中點連接電感D 的一端，電感 B 的另一端與電感D 的另一端相連接，最后一個基本模塊即第 N 個基本模塊的第一橋臂的中點連接電感A

6、的一端，第N 個基本模塊的第三橋臂的中點連接電感 C 的一端，電感 A 的另一端與電感 C 的另一端相連接，電感 B 與電感 D 的連接點，電感 A 與電感 C 的連接點作為單相輸出端，可以接負載。如權利要求 2 所述并聯級聯逆變器，其特征是，所述三個單相并聯級聯逆變器組成了三相并聯級聯逆變器，所述三個單相并聯級聯逆變器的電感 B 和電感 D 的連接點連接在一起三相并聯級聯逆變器的星型連接，所述三個單相并聯級聯逆變器的電感 A 和C 的連接點作為逆變器的三個輸出端，連接三相負載。5. 如權利要求 3 所述并聯級聯逆變器，其特征是，所述三個單相并聯級聯逆變器組成了三相并聯級聯逆變器，所述三個單相

7、并聯級聯逆變器的電感 A 和電感 C 的連接點連接在一起三相并聯級聯逆變器的星型連接，所述三個單相并聯級聯逆變器的電感 B 和D 的連接點作為逆變器的三個輸出端，連接三相負載。6. 如權利要求2 或3 所述并聯級聯逆變器，其特征是，所述三個單相并聯級聯逆變器首尾相連三相并聯級聯逆變器的三角型連接。如權利要求4 或5 所述并聯級聯逆變器，其特征是，所述三相并聯級聯逆變器的星型和三角型連接也分別有兩種拓撲結構。如權利要求 1 所述并聯級聯逆變器，其特征是，所述所有開關管為具有體內反并聯2權利要求書CN 102664547 A2/2 頁二極管的開關管或者由體內無二極管的開關管與二極管組合而成。3明C

8、N 102664547 A1/4 頁乚0001本發明涉及一種多電平功率逆變技術，尤其涉及一種多電平功率變換逆變器的并聯級聯逆變器。0002多電平功率變換技術及其是近年來在高壓大功率應用研究中的一個熱點。由于中等電壓，高功率的需要，級聯型逆變器廣泛應用于高電壓的電驅動、大功率電源、大功率無功補償和有源電力濾波等方面。傳統的級聯逆變器拓撲是以傳統全橋單元 (H 橋單元 ) 為基本模塊，然后通過這些模塊的級聯來壓就越高。輸出電壓，級聯的模塊越多的電0003但是，隨著系統容量的不斷增大，需要更高的電壓和更大電流，而傳統的級聯逆變器由于受到功率開關管通流能力的限制，已經不能滿足現實需求。通過級聯的模塊可

9、以實現更高的電壓，但是由于受到功率器件通流能力的限制，實現更大電流就會遇到很大；如果采用更高容量的功率開關管，則功率開關管的成本太高，系統成本增加困難。發明0004本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種并聯級聯逆變器，它以雙 H 橋單元為基本模塊，通過級聯變器相比，在獲得相模塊實現更高電壓，通過并聯實現更大電流。與傳統級聯型逆壓的條件下，它的通流能力可以增加一倍，相應的功率容量就會增加一倍，但功率開關管承受的電壓和通過的電流都不發生變化。0005為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案 ：000 一種并聯級聯逆變器，其特征是，它以 N 個基本模塊和四個濾波電感級聯的多電平逆變器 ；所述基本

10、模塊為雙 H 橋單元，所述 H 橋單元由兩個橋臂組成，每個橋臂有兩個開關管串聯組成，兩個開關管之間的連接點為橋臂的中點，該每個中點與一個輸出端連接 ；所述這四個橋臂并聯連接于電源或電容的兩端 ；所述由 N 個基本模塊和四個濾波電感組成單相并聯級聯逆變器，N 為大于 1 的整數，初級與末級基本模塊的輸出端分別與一個相應的濾波電感連接 ；基本模塊之間的連接方式不同，實現不同的拓撲結構。0007 所述單相并聯級聯逆變器的第一種拓撲結構 ：所述第一個基本模塊的第二橋臂的中點與第二個基本模塊的第一橋臂的中點相連接，所述第一個基本模塊的第四橋臂的中點與第二個基本模塊的第三橋臂的中點相連接，依次類推，第 N

11、-1 個基本模塊的第二橋臂和第四橋臂的中點分別與第 N 個基本模塊的第一橋臂和第三橋臂的中點相連接 ；000 第一個基本模塊的第一橋臂的中點連接電感 A 的一端，第一個基本模塊的第三橋臂的中 點連接電感 C 的一端，電感 A 的另一端與電感 C 的另一端相連接，最后一個基本模塊即第 N 個基本模塊的第二橋臂的中點連接電感 B 的一端，第 N 個基本模塊的第四橋臂的中點連接電感 D 的一端，電感 B 的另一端與電感 D 的另一端相連接。電感 A 與電感 C 的連4明CN 102664547 A2/4 頁接點，電感 B 與電感 D 的連接點作為單相輸出端，可以接負載。0009 所述單相并聯級聯逆變

12、器的第二種拓撲結構 ：所述第一個基本模塊的第一橋臂的中點與第二個基本模塊的第二橋臂的中點相連接，所述第一個基本模塊的第三橋臂的中點與第二個基本模塊的第四橋臂的中點相連接，依次類推，第 N-1 個基本模塊的第一橋臂和第三橋臂的中點分別與第 N 個基本模塊的第二橋臂和第四橋臂的中點相連接 ；0010第一個基本模塊的第二橋臂的中點連接電感 B 的一端，第一個基本模塊的第四橋臂的中點連接電感D 的一端，電感 B 的另一端與電感D 的另一端相連接，最后一個基本模塊即第 N 個基本模塊的第一橋臂的中點連接電感 A 的一端，第 N 個基本模塊的第三橋臂的中點連接電感C 的一端，電感A 的另一端與電感C 的另

13、一端相連接，電感B 與電感D 的連接點，電感 A 與電感 C 的連接點作為單相輸出端，可以接負載。0011所述三個單相并聯級聯逆變器組成了三相并聯級聯逆變器，所述三個單相并聯級聯逆變器的電感B 和電感D 的連接點連接在一起三相并聯級聯逆變器的星型連接，所述三個單相并聯級聯逆變器的電感 A 和 C 的連接點作為逆變器的三個輸出端，連接三相負載。0012所述三個單相并聯級聯逆變器組成了三相并聯級聯逆變器，所述三個單相并聯級聯逆變器的電感A 和電感C 的連接點連接在一起三相并聯級聯逆變器的星型連接，所述三個單相并聯級聯逆變器的電感 B 和 D 的連接點作為逆變器的三個輸出端，連接三相負載。0013所

14、述三個單相并聯級聯逆變器首尾相連接。三相并聯級聯逆變器的三角型連0014所述三相并聯級聯逆變器的星型和三角型連接也分別有兩種拓撲結構。0015所述所有開關管為具有體內反并聯二極管的開關管或者由體內無二極管的開關管與二極管組合而成。001 本發明的有益效果 ：一種并聯級聯逆變器以雙 H 橋單元為基本模塊，通過級聯更多模塊實現更高電壓，通過并聯實現更大電流。與傳統級聯型逆變器相比，在獲得相壓的條件下，它的通流能力可以增加一倍，相應的功率容量就會增加一倍，但功率開關管承受的電壓和通過的電流都不發生變化。明0017圖 1 為雙 H 橋單元組成的基本模塊 ；001 圖 2 為單相并聯級聯逆變器的一種拓撲

15、結構 ；0019圖 3 為單相并聯級聯逆變器的另一種拓撲結構 ；0020圖 4 為三相并聯級聯逆變器的一種星型連接 ；0021圖 5 為三相并聯級聯逆變器的另一種星型連接 ；0022圖 6 為三相并聯級聯逆變器的一種角型連接 ；0023圖 7 為三相并聯級聯逆變器的另一種角型連接。0024其中，1. 橋臂，21. 第一個基本模塊，22. 第二個基本模塊，2N. 第 N 個基本模塊，3. 電感，4. 負載，5. 三相負載，6. 開關管。5明CN 102664547 A3/4 頁0025 下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。002 如圖 1 所示，本拓撲結構包括兩個 H 橋單元即四個橋臂和一

16、個直流電壓源。這四個橋臂依次為橋臂 1A、橋臂 1B、橋臂 1C、橋臂 1D ；每個橋臂 1 有兩個開關管 6 串聯組成，所述橋臂 1A 的中點即兩個開關管 6 連接點為輸出端A，所述橋臂 1B 的中點即兩個開關管 6 的連接點為輸出端 B，所述橋臂 1C 的中點即兩個開關管 6 的連接點為輸出端 C，所述橋臂 1D的中點即兩個開關管 6 的連接點為輸出端 D。橋臂 1A、橋臂 1B、橋臂 1C、橋臂 1D 并聯連接在同一個直流電壓源兩端。0027 所述開關管為具有體內反并聯二極管的開關管或者由體內無二極管的開關管與二極管組合而成。002 如圖 2 所示，本拓撲結構包括 N(N 1) 個基本模

17、塊和四個濾波電感A、B、C、D。第一個基本模塊的輸出端B 連接第二個基本模塊的輸出端A，第一個基本模塊的輸出端D 連接第二個基本模塊的輸出端C，.，以此類推，第 N-1 個基本模塊的輸出端B 連接第N 個基本模塊的輸出端 A，第 N-1 個基本模塊的輸出端 D 連接第 N 個基本模塊的輸出端 C。0029 第一個基本模塊的輸出端A 連接電感 3A 的一端，第一個基本模塊的輸出端 C 連接電感 3C 的一端，電感 3A 的另一端與電感 3C 的另一端相連接。最后一個基本模塊即第 N 個基本模塊的輸出端 B 連接電感 3B 的一端，第 N 個基本模塊的的輸出端 D 連接電感 3D 的一端，電感 3

18、B 的另一端與電感 3D 的另一端相連接。電感 3A 與電感 3C 的連接點，電感 3B 與電感 3D 的連接點作為單相輸出端，可以接負載 4。0030如圖 3 所示，本拓撲結構也包括 N(N 1) 個基本模塊和四個濾波電感 A、B、C、D。第一個基本模塊的輸出端A 連接第二個基本模塊的輸出端B，第一個基本模塊的輸出端C 連接第二個基本模塊的輸出端D，.，以此類推，第 N-1 個基本模塊的輸出端A 連接第N 個基本模塊的輸出端 B，第 N-1 個基本模塊的輸出端 C 連接第 N 個基本模塊的輸出端 D。0031 第一個基本模塊的輸出端B 連接電感 3B 的一端，第一個基本模塊的輸出端 D 連接電感 3D 的一端，電感 3B 的另一端與電感 3D 的另一端相連接。最后一個基本模塊即第 N 個基本模塊的輸出端 A 連接電感 3A 的一端，第 N 個基本模塊的的輸出端 C 連接電感 3C 的一端，電感 3A 的另一端與電感 3C 的另一端相連接。電感 3B 與電感 3D 的連接點，電感 3A 與電感 3C 的連接點作為單相輸出端，可以接負載 4。0032 根據上述連接關系，就組成了單相并聯級聯逆變器兩種拓撲結構。0033 所述單相并聯級聯逆變器的所有開關管 6 為具有體內反并聯二極管的開關管或者由體內無二極管的開關管與二極管組合而成。0034