JP3243978U - Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access - Google Patents

Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access Download PDF

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JP3243978U JP2023002812U JP2023002812U JP3243978U JP 3243978 U JP3243978 U JP 3243978U JP 2023002812 U JP2023002812 U JP 2023002812U JP 2023002812 U JP2023002812 U JP 2023002812U JP 3243978 U JP3243978 U JP 3243978U
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▲とう▼正東
楊金東
朱暁麗
邱成飛
朱志遠
陳寅
李志超
鄭愛麗
張海
陳丹丹
朱恵瓊
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雲南電網有限責任公司楚雄供電局
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Abstract

【課題】容量電圧を自己平衡化するための追加の制御なしに静電容量を直流電源列と並列に変換し、より高い電圧利得を生成することができる分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータを提供する。【解決手段】分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータであり、スイッチング容量ユニットとＬ型拡張ユニットから構成され、左右両端は２つのハーフブリッジ変換出力レベルの極性を使用し、２つの容量は同時に直流電源と並列に充電でき、容量と電源直列並列状態を切り替えることによって３倍電圧利得と７電圧レベルを生成することができる、スイッチング容量ユニットは、直流電源Ｖｄｃ、電解容量Ｃ１及び電解容量Ｃ２、ダイオードＤ１、パワースイッチＳ５、パワースイッチＳ６、パワースイッチＳ７、パワースイッチＳ８及びパワースイッチＳ９を含む。【選択図】図１An interconnected power grid for distributed energy access that is capable of converting capacitance in parallel with a DC power string without additional control to self-balance the capacitance voltage and generate higher voltage gain. Provide high gain inverter. An interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access, consisting of a switching capacity unit and an L-type expansion unit, the left and right ends use two half-bridge conversion output level polarities, and two The capacitor can be charged in parallel with the DC power source at the same time, and can generate 3x voltage gain and 7 voltage levels by switching between the capacitor and the power source series-parallel state.The switching capacitor unit can charge the DC power source Vdc, the electrolytic capacitor C1 and the electrolytic capacitor C1. It includes a capacitor C2, a diode D1, a power switch S5, a power switch S6, a power switch S7, a power switch S8, and a power switch S9. [Selection diagram] Figure 1

Description

本実用新案は電気エネルギー変換と新エネルギー発電技術分野に関し、具体的には、分散
型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータに関する。 This utility model relates to the field of electrical energy conversion and new energy generation technology, and specifically relates to interconnected power grid high gain inverters for distributed energy access.

従来の技術Conventional technology

現在、世界のエネルギー消費は日増しに加速しているが、新エネルギーの開発と利用は我
が国のエネルギー構造をある程度変えることができ、経済発展のエネルギーに対する需要
を満たし、社会の持続可能な発展を促進することができる。多レベルインバータは電磁干
渉が小さく、デバイス耐圧が低く、出力波形品質が高いなどの利点があり、光発電やモー
タ駆動などの分野での応用が広く注目されている。
従来のマルチレベルインバータには、主にダイオードクランプ型、飛越容量型、カスケー
ド型のマルチレベルインバータが含まれる。ダイオードクランプ型マルチレベルインバー
タは最初に提案され、ダイオードを用いてスイッチをクランプして対応するレベル数の階
段波を出力し、構造が簡単で制御が便利な特徴があるが、クランプダイオードの逆方向電
圧は回復しにくい。その後提案された飛越容量クランプ多レベルインバータは、ダイオー
ドの代わりに飛越容量を用いて電力スイッチの逆電圧を平衡化したが、直流側容量平均電
圧問題をアルゴリズムで解決し、出力レベル数の増加に伴い、使用される電力デバイス数
も大幅に向上した。
クランプ型インバータに比べて、カスケード型多レベルインバータは独立直流電源とＨブ
リッジからなる基本セルを直列に接続し、直流側に容量分圧がなく、もちろん電圧平衡の
問題も考慮する必要がなく、しかも各スイッチの電圧応力は基本セルの直流電源電圧に限
定され、インバータの更なる拡張に便利である。しかし、カスケードインバータにはコス
トの高い直流電源が複数採用されており、出力端には電圧利得が備わっていない。 At present, the world's energy consumption is accelerating day by day, but the development and utilization of new energy can change our country's energy structure to a certain extent, meet the energy demand of economic development, and promote the sustainable development of society. can be promoted. Multilevel inverters have advantages such as low electromagnetic interference, low device voltage resistance, and high output waveform quality, and are attracting wide attention for applications in fields such as photovoltaic power generation and motor drives.
Conventional multilevel inverters mainly include diode clamp type, interlaced capacitance type, and cascade type multilevel inverters. The diode clamp type multilevel inverter was first proposed, and uses a diode to clamp the switch and output a staircase wave of the corresponding number of levels, and has the features of simple structure and convenient control. Voltage is difficult to recover. Later proposed interlaced capacitance-clamped multi-level inverters used interlaced capacitors instead of diodes to balance the reverse voltage of power switches, but the DC side capacitance average voltage problem was solved by an algorithm and the number of output levels could be increased. As a result, the number of power devices used has also increased significantly.
Compared to a clamp-type inverter, a cascade-type multilevel inverter connects basic cells consisting of an independent DC power supply and an H-bridge in series, and there is no capacitive voltage division on the DC side, and of course there is no need to consider voltage balance issues. Moreover, the voltage stress of each switch is limited to the DC power supply voltage of the basic cell, which is convenient for further expansion of the inverter. However, cascade inverters employ multiple high-cost DC power supplies and do not have voltage gain at the output end.

本実用新案の目的は、上記の背景技術で提案されたコンデンサと直流電源列を並列に変換
して周期的な充放電を行う方法を解決するために、分散型エネルギーアクセスのための相
互接続電力網高利得インバータを提供し、追加の制御なしにコンデンサ電圧を自己平衡さ
せ、高い電圧利得を発生させることができるという問題を解決することである。
上記の目的を実現するために、本実用新案は分散型エネルギーアクセスのための相互接続
電力網高利得インバータを提供し、スイッチ容量ユニットとＬ型拡張ユニットから構成さ
れ、左右両端は２つのハーフブリッジ変換出力レベルの極性を使用し、２つの容量は同時
に直流電源と並列充電でき、容量と電源直列並列状態を切り替えることによって３倍電圧
利得と７電圧レベルを発生することができる、
スイッチング容量部は、直流電源Ｖｄｃと、電解容量Ｃ１と、電解容量Ｃ２と、ダイオー
ドＤ１と、パワースイッチＳ５と、パワースイッチＳ６と、パワースイッチＳ７と、パワ
ースイッチＳ８と、パワースイッチＳ９と、
Ｌ型拡張ユニットは、パワースイッチＳ１０、パワースイッチＳ１１及びパワースイッチ
Ｓ１２、電解容量Ｃ３、ダイオードＤ２からなるＬ型構造、
２つのハーフブリッジ構造は、パワースイッチＳ１、パワースイッチＳ２、パワースイッ
チＳ３、パワースイッチＳ４を含む。
好ましくは、直流電源Ｖｄｃの正極はパワースイッチＳ５の入力端及びダイオードＤ１の
正極に接続され、直流電源Ｖｄｃの負極はパワースイッチＳ６の出力端に接続され、ダイ
オードＤ１の負極はパワースイッチＳ８の入力端及び電解容量Ｃ１の正極に接続され、パ
ワースイッチＳ９の入力端はパワースイッチＳ８の出力端及び電解容量Ｃ２の正極に接続
され、Ｓ９の出力端はパワースイッチＳ７の入力端及び電解容量Ｃ１の負極に接続され、
パワースイッチＳ６の入力端子は、パワースイッチＳ５及びパワースイッチＳ７の出力端
及び電解容量Ｃ２の負極に接続されている。
好ましくは、パワースイッチＳ１０の入力端は電解容量Ｃ３の正極に接続され、パワース
イッチＳ１０の出力端はパワースイッチＳ１１の入力端に接続され、パワースイッチＳ１
２の入力端はパワースイッチＳ１１の出力端及び電解容量Ｃ３の負極に接続され、パワー
スイッチＳ１２の出力端はダイオードＤ２の正極に接続されている。
好ましくは、パワースイッチＳ１の入力端はパワースイッチＳ１０の入力端に接続され、
パワースイッチＳ１の出力端はパワースイッチＳ２の入力端に接続され、パワースイッチ
Ｓ２の出力端は直流電源Ｖｄｃの負極に接続され、パワースイッチＳ３の入力端は電解容
量Ｃ３の正極に接続され、パワースイッチＳ３の出力端はパワースイッチＳ４の入力端に
接続され、パワースイッチＳ４の出力端はダイオードＤ２の負極に接続されている。
好ましくは、パワースイッチＳ１とパワースイッチＳ２は相補状態で動作し、パワースイ
ッチＳ３とパワースイッチＳ４は相補状態で動作し、パワースイッチＳ５とパワースイッ
チＳ６は相補状態で動作し、パワースイッチＳ７とパワースイッチＳ８は動作状態が同じ
で、いずれもパワースイッチＳ９と相補的に導通し、パワースイッチＳ１０とパワースイ
ッチＳ１１は相補状態で動作する。
好ましくは、電解容量Ｃ１と電解容量Ｃ２は動作状態が同じであるとともに、直流電源Ｖ
ｄｃと並列に充電され、電解容量Ｃ１、電解容量Ｃ２及び直流電源Ｖｄｃの３つが直列に
接続されて電解容量Ｃ３と並列に接続されている。
好ましくは、スイッチング容量ユニットとＬ型拡張ユニットとは、パワースイッチＳ１１
を介して接続される。
好ましくは、すべてのパワースイッチは逆並列ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴまたはＩ
ＧＢＴである。
従来技術と比較して、本実用新案の有益な効果：
１、この分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータでは、イン
バータは６倍の電圧利得を実現し、１３電圧レベルを出力することができる。
２、分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータにおいて、トポ
ロジー構造は１２個のパワースイッチ、２個のダイオードと３個の電解容量から構成され
る。５つの相補的なスイッチングペアがあり、容量電圧は自己平衡能力を持ち、これらの
特性は制御戦略の簡略化に役立つ。
３、この分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータでは、スイ
ッチング容量昇圧ユニットは直流電源と直列に接続して出力端に３倍の電圧利得を発生さ
せることができ、それからＬ型拡張構造と結合してさらに１３レベル出力と６倍の電圧利
得を実現することができる。
４、この分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータにおいて、
複数のＬ型拡張ユニットをカスケード接続することにより、インバータ出力レベル数と電
圧利得を大幅に向上させることができ、すべてのパワースイッチは逆並列ダイオードを有
し、感性負荷に逆方向電流通路を提供することができ、インバータに感性負荷を持つ能力
を持たせることができる。 The purpose of this utility model is to solve the method proposed in the above background art by converting capacitors and DC power strings in parallel to perform periodic charging and discharging, to interconnect power grids for distributed energy access. It is an object of the present invention to solve the problem of providing a high gain inverter that can self-balance the capacitor voltage and generate high voltage gain without additional control.
To realize the above objectives, this utility model provides an interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access, which is composed of a switched capacity unit and an L-type expansion unit, and the left and right ends are two half-bridge conversion Using the output level polarity, two capacitors can be charged in parallel with the DC power supply at the same time, and 3x voltage gain and 7 voltage levels can be generated by switching the capacitor and power supply series-parallel status,
The switching capacitor section includes a DC power supply Vdc, an electrolytic capacitor C1, an electrolytic capacitor C2, a diode D1, a power switch S5, a power switch S6, a power switch S7, a power switch S8, a power switch S9,
The L-type expansion unit has an L-type structure consisting of a power switch S10, a power switch S11, a power switch S12, an electrolytic capacitor C3, and a diode D2.
The two half-bridge structures include power switch S1, power switch S2, power switch S3, and power switch S4.
Preferably, the positive pole of the DC power supply Vdc is connected to the input terminal of the power switch S5 and the positive pole of the diode D1, the negative pole of the DC power supply Vdc is connected to the output terminal of the power switch S6, and the negative pole of the diode D1 is connected to the input terminal of the power switch S8. The input end of power switch S9 is connected to the output end of power switch S8 and the positive electrode of electrolytic capacitor C2, and the output end of S9 is connected to the input end of power switch S7 and the positive electrode of electrolytic capacitor C1. connected to the negative pole,
The input terminal of the power switch S6 is connected to the output terminals of the power switch S5 and the power switch S7 and the negative electrode of the electrolytic capacitor C2.
Preferably, the input end of the power switch S10 is connected to the positive electrode of the electrolytic capacitor C3, the output end of the power switch S10 is connected to the input end of the power switch S11, and the power switch S1
The input end of the power switch S12 is connected to the output end of the power switch S11 and the negative electrode of the electrolytic capacitor C3, and the output end of the power switch S12 is connected to the positive electrode of the diode D2.
Preferably, the input end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch S10,
The output end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch S2, the output end of the power switch S2 is connected to the negative pole of the DC power supply Vdc, the input end of the power switch S3 is connected to the positive pole of the electrolytic capacitor C3, and the power The output end of switch S3 is connected to the input end of power switch S4, and the output end of power switch S4 is connected to the negative electrode of diode D2.
Preferably, power switch S1 and power switch S2 operate in a complementary state, power switch S3 and power switch S4 operate in a complementary state, power switch S5 and power switch S6 operate in a complementary state, and power switch S7 and power The switch S8 is in the same operating state, and both conduct in a complementary manner with the power switch S9, and the power switch S10 and the power switch S11 operate in a complementary state.
Preferably, the electrolytic capacitance C1 and the electrolytic capacitance C2 are in the same operating state, and the DC power supply V
The electrolytic capacitor C1, the electrolytic capacitor C2, and the DC power supply Vdc are connected in series and in parallel with the electrolytic capacitor C3.
Preferably, the switching capacity unit and the L-type expansion unit include a power switch S11.
connected via.
Preferably, all power switches are MOSFETs with anti-parallel diodes or I
It is GBT.
Beneficial effects of this utility model compared with the prior art:
1. In this interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access, the inverter can realize a voltage gain of 6 times and output 13 voltage levels.
2. In the interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access, the topology structure consists of 12 power switches, 2 diodes and 3 electrolytic capacitors. There are five complementary switching pairs, and the capacitive voltages have self-balancing capabilities, and these characteristics help simplify control strategies.
3. In this interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access, the switching capacitor boost unit can be connected in series with the DC power supply to generate 3x voltage gain at the output end, and then the L-type expansion In combination with the structure, an additional 13 level output and 6x voltage gain can be achieved.
4. In this interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access,
By cascading multiple L-shaped expansion units, the number of inverter output levels and voltage gain can be significantly increased, and all power switches have anti-parallel diodes to provide a reverse current path for sensitive loads. This allows the inverter to have the ability to have a sensitive load.

本実用新案例におけるインバータの拡張構造である。This is an expanded structure of the inverter in this utility model example. 本実用新案例におけるインバータのキャリア同相積層原理図である。FIG. 2 is a diagram showing the principle of carrier in-phase stacking of an inverter in this utility model example. 本実用新案例におけるインバータ出力非負極性電圧レベル動作状態図である。FIG. 3 is an operation state diagram of the inverter output non-negative polarity voltage level in this example of the utility model. 本実用新案例におけるインバータ帯域抵抗性負荷時の出力電圧と出力電流波形図である。FIG. 3 is an output voltage and output current waveform diagram when an inverter band is loaded with a resistive load in this utility model example.

以下、本実用新案実施形態の図面を用いて、本実用新案実施形態の技術案を明確に、完全
に説明するが、明らかに、説明された実施形態は本実用新案の一部の実施形態にすぎず、
すべての実施形態ではない。本実用新案中の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働を
行うことなく獲得したその他のすべての実施例は、本実用新案保護の範囲に属する。
本実用新案は分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータを提供
し、図１－図４に示すように、スイッチ容量ユニットとＬ型拡張ユニットから構成され、
左右両端は２つのハーフブリッジ変換出力レベルの極性を使用し、２つの容量は同時に直
流電源と並列に充電でき、容量と電源直列並列状態を切り替えることによって３倍電圧利
得と７電圧レベルを生成することができる、スイッチング容量部は、直流電源Ｖｄｃと、
電解容量Ｃ１と、電解容量Ｃ２と、ダイオードＤ１と、パワースイッチＳ５と、パワース
イッチＳ６と、パワースイッチＳ７と、パワースイッチＳ８と、パワースイッチＳ９と、
Ｌ型拡張ユニットは、パワースイッチＳ１０、パワースイッチＳ１１及びパワースイッチ
Ｓ１２、電解容量Ｃ３、ダイオードＤ２からなるＬ型構造、２つのハーフブリッジ構造は
、パワースイッチＳ１、パワースイッチＳ２、パワースイッチＳ３、パワースイッチＳ４
を含む。
本実施例では、直流電源Ｖｄｃの正極はパワースイッチＳ５の入力端及びダイオードＤ１
の正極に接続され、直流電源Ｖｄｃの負極はパワースイッチＳ６の出力端に接続され、ダ
イオードＤ１の負極はパワースイッチＳ８の入力端及び電解容量Ｃ１の正極に接続され、
パワースイッチＳ９の入力端はパワースイッチＳ８の出力端及び電解容量Ｃ２の正極に接
続され、Ｓ９の出力端はパワースイッチＳ７の入力端及び電解容量Ｃ１の負極に接続され
、パワースイッチＳ６の入力端子は、パワースイッチＳ５及びパワースイッチＳ７の出力
端及び電解容量Ｃ２の負極に接続されている。
具体的には、パワースイッチＳ１０の入力端は電解容量Ｃ３の正極に接続され、パワース
イッチＳ１０の出力端はパワースイッチＳ１１の入力端に接続され、パワースイッチＳ１
２の入力端はパワースイッチＳ１１の出力端及び電解容量Ｃ３の負極に接続され、パワー
スイッチＳ１２の出力端はダイオードＤ２の正極に接続されている。
さらに、パワースイッチＳ１の入力端はパワースイッチＳ１０の入力端に接続され、パワ
ースイッチＳ１の出力端はパワースイッチＳ２の入力端に接続され、パワースイッチＳ２
の出力端は直流電源Ｖｄｃの負極に接続され、パワースイッチＳ３の入力端は電解容量Ｃ
３の正極に接続され、パワースイッチＳ３の出力端はパワースイッチＳ４の入力端に接続
され、パワースイッチＳ４の出力端はダイオードＤ２の負極に接続されている。
さらに、パワースイッチＳ１とパワースイッチＳ２は相補状態で動作し、パワースイッチ
Ｓ３とパワースイッチＳ４は相補状態で動作し、パワースイッチＳ５とパワースイッチＳ
６は相補状態で動作し、パワースイッチＳ７とパワースイッチＳ８は動作状態が同じで、
いずれもパワースイッチＳ９と相補的にオンし、パワースイッチＳ１０とパワースイッチ
Ｓ１１は相補状態で動作し、駆動信号の数を減らすことができ、インバータ制御の複雑さ
を効果的に低減する。
さらに、電解容量Ｃ１と電解容量Ｃ２は動作状態が同じであるとともに、直流電源Ｖｄｃ
と並列に充電され、電解容量Ｃ１、電解容量Ｃ２及び直流電源Ｖｄｃの３つが直列に接続
されて電解容量Ｃ３と並列に接続され、電解容量Ｃ３の電圧を３倍の直流電源電圧にする
。
さらに、スイッチング容量ユニットとＬ型拡張ユニットはパワースイッチＳ１１を介して
接続され、対応するスイッチングオン順序を制定することでインバータに１３電圧レベル
出力と６倍電圧利得を実現することができる。
さらに、すべてのパワースイッチは逆並列ダイオードを持つＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ
であり、インバータに感性負荷を持つ能力を持たせるために、感性負荷に逆電流チャネル
を提供することができる。 Below, the technical scheme of this utility model embodiment is clearly and completely explained using the drawings of this utility model embodiment, but it is obvious that the described embodiments are not applicable to some embodiments of this utility model. Suzuzu,
Not all embodiments. Based on the embodiments in this utility model, all other embodiments obtained by a person skilled in the art without any creative labor fall within the scope of this utility model protection.
This utility model provides an interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access, which is composed of a switched capacity unit and an L-shaped expansion unit, as shown in Figures 1-4.
The left and right ends use two half-bridge conversion output level polarities, the two capacitors can be charged in parallel with the DC power supply at the same time, and generate 3x voltage gain and 7 voltage levels by switching the capacitance and power supply series-parallel status. The switching capacitance section can be connected to a DC power supply Vdc,
Electrolytic capacitor C1, electrolytic capacitor C2, diode D1, power switch S5, power switch S6, power switch S7, power switch S8, power switch S9,
The L-type expansion unit has an L-type structure consisting of a power switch S10, a power switch S11, a power switch S12, an electrolytic capacitor C3, and a diode D2.The two half-bridge structures have a power switch S1, a power switch S2, a power switch S3, and a power switch. switch S4
including.
In this embodiment, the positive pole of the DC power supply Vdc is connected to the input terminal of the power switch S5 and the diode D1.
The negative pole of the DC power supply Vdc is connected to the output terminal of the power switch S6, the negative pole of the diode D1 is connected to the input terminal of the power switch S8 and the positive pole of the electrolytic capacitor C1,
The input terminal of the power switch S9 is connected to the output terminal of the power switch S8 and the positive terminal of the electrolytic capacitor C2, the output terminal of S9 is connected to the input terminal of the power switch S7 and the negative terminal of the electrolytic capacitor C1, and the input terminal of the power switch S6 is connected to the input terminal of the power switch S9. is connected to the output terminals of the power switch S5 and the power switch S7 and the negative electrode of the electrolytic capacitor C2.
Specifically, the input end of the power switch S10 is connected to the positive electrode of the electrolytic capacitor C3, the output end of the power switch S10 is connected to the input end of the power switch S11, and the power switch S1
The input end of the power switch S12 is connected to the output end of the power switch S11 and the negative electrode of the electrolytic capacitor C3, and the output end of the power switch S12 is connected to the positive electrode of the diode D2.
Further, the input end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch S10, the output end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch S2, and the output end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch S2.
The output terminal of is connected to the negative pole of the DC power supply Vdc, and the input terminal of the power switch S3 is connected to the electrolytic capacitance C.
The output terminal of the power switch S3 is connected to the input terminal of the power switch S4, and the output terminal of the power switch S4 is connected to the negative terminal of the diode D2.
Furthermore, power switch S1 and power switch S2 operate in a complementary state, power switch S3 and power switch S4 operate in a complementary state, and power switch S5 and power switch S
6 operates in a complementary state, and power switch S7 and power switch S8 are in the same operating state,
Both are turned on complementary to the power switch S9, and the power switch S10 and the power switch S11 operate in a complementary state, which can reduce the number of drive signals and effectively reduce the complexity of inverter control.
Furthermore, the electrolytic capacitance C1 and the electrolytic capacitance C2 have the same operating state, and the DC power supply Vdc
The electrolytic capacitor C1, electrolytic capacitor C2, and DC power supply Vdc are connected in series and in parallel with the electrolytic capacitor C3, and the voltage of the electrolytic capacitor C3 is tripled to the DC power supply voltage.
Furthermore, the switching capacity unit and the L-type expansion unit are connected through the power switch S11, and by establishing a corresponding switching-on order, the inverter can realize 13 voltage level output and 6 times voltage gain.
Additionally, all power switches are MOSFETs or IGBTs with anti-parallel diodes.
, and to give the inverter the ability to have a sensitive load, a reverse current channel can be provided to the sensitive load.

さらに、本実用新案第２の態様は、キャリア同相積層パルス幅変調技術を用いて、１２ウ
ェイの同じ振幅と同じ周波数を有する三角キャリアを上から下へ順次積層し、１ウェイの
正弦波変調波と比較した後、得られた１２ウェイの元のパルス波形を論理的に組み合わせ
て、各パワースイッチの駆動信号を生成するインバータに応用された変調戦略を提供する
。
さらに、出力レベル数および電圧利得は、複数のＬ型拡張ユニットをカスケード接続する
ことにより向上され、ｎ番目のＬ型拡張ユニットは、パワースイッチＳｎ０、パワースイ
ッチＳｎ１、およびパワースイッチＳｎ２、電解容量Ｃｎ＋２、ダイオードＤｎ＋１を含
む。第１のＬ型拡張ユニットにおけるパワースイッチＳ１０の入力端は電解容量Ｃ３の正
極に接続され、Ｓ１０の出力端はパワースイッチＳ１１の入力端に接続され、パワースイ
ッチＳ１２の入力端子はパワースイッチＳ１１の出力端及び電解容量Ｃ３の負極に接続さ
れ、Ｓ１２の出力端はダイオードＤ２の正極に接続され、Ｌ型拡張ユニットが１つ増加す
るごとに、パワースイッチ、ダイオード及び容量の数も増加し、ｎ個のＬ型拡張ユニット
を使用すると、出力電圧レベル数は１＋３・２ｎ＋１、電圧利得は３・２ｎ、出力レベル
数と電圧利得は指数関数的に増加し、必要な部品の数は線形成長であり、提案されたイン
バータは少ない部品を使用してより多くの電圧レベル出力とより高い電圧利得を実現でき
ることを示している。
さらに、パワースイッチＳ１の入力端はパワースイッチＳｎ０の入力端に接続され、パワ
ースイッチＳ１の出力端はパワースイッチＳ２の入力端に接続され、パワースイッチＳ２
の出力端は直流電源Ｖｄｃの負極に接続され、パワースイッチＳ３の入力端は電解容量Ｃ
ｎ＋２の正極に接続され、パワースイッチＳ３の出力端はパワースイッチＳ４の入力端に
接続され、パワースイッチＳ４の出力端はダイオードＤｎ＋１の負極に接続される。
図３は、提案したインバータ出力電圧が非負極性の場合の動作原理図である。記号「＋」
と「－」は、アクセス負荷のプラスマイナス極を表し、ここで緑色のハイライト線はキャ
パシタの充電経路を表し、赤色のハイライト線は出力電圧レベルの経路を表す。具体的な
動作原理は次のとおりです。 Furthermore, the second aspect of the present utility model uses carrier in-phase stacking pulse width modulation technology to sequentially stack 12 ways of triangular carriers having the same amplitude and frequency from top to bottom, and generates a one-way sinusoidal modulated wave. After comparing the obtained 12-way original pulse waveforms, the obtained 12-way original pulse waveforms are logically combined to provide a modulation strategy applied to the inverter to generate the drive signal of each power switch.
Furthermore, the number of output levels and voltage gain are improved by cascading multiple L-type expansion units, and the n-th L-type expansion unit includes power switch Sn0, power switch Sn1, power switch Sn2, and electrolytic capacitance Cn+2. , diode Dn+1. The input terminal of the power switch S10 in the first L-type expansion unit is connected to the positive electrode of the electrolytic capacitor C3, the output terminal of S10 is connected to the input terminal of the power switch S11, and the input terminal of the power switch S12 is connected to the positive terminal of the power switch S11. The output terminal and the negative electrode of the electrolytic capacitor C3 are connected, and the output terminal of S12 is connected to the positive electrode of the diode D2. Each time the L-type expansion unit increases, the number of power switches, diodes and capacitors also increases, and n When using L-type expansion units, the number of output voltage levels is 1+3.2n+1, the voltage gain is 3.2n, the number of output levels and voltage gain increase exponentially, and the number of required components grows linearly. , shows that the proposed inverter can achieve more voltage level output and higher voltage gain using fewer components.
Furthermore, the input end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch Sn0, the output end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch S2, and the power switch S2
The output terminal of is connected to the negative pole of the DC power supply Vdc, and the input terminal of the power switch S3 is connected to the electrolytic capacitance C.
The output terminal of the power switch S3 is connected to the input terminal of the power switch S4, and the output terminal of the power switch S4 is connected to the negative terminal of the diode Dn+1.
FIG. 3 is a diagram illustrating the operating principle when the proposed inverter output voltage has non-negative polarity. Symbol "+"
and "-" represent the positive and negative poles of the access load, where the green highlighted line represents the charging path of the capacitor, and the red highlighted line represents the path of the output voltage level. The specific operating principle is as follows.

動作状態（ａ）及び（ｂ）：パワースイッチＳ５、パワースイッチＳ９、パワースイッチ
Ｓ１０及びパワースイッチＳ１２はオンし、電解容量Ｃ１は電解Ｃ２及び直流電源Ｖｄｃ
と直列に放電し、容量Ｃ３はダイオードＤ２を介して３Ｖｄｃまで充電でき、この場合、
パワースイッチＳ２及びＳ４を介して電圧０を出力することもでき、パワースイッチＳ１
及びパワースイッチＳ３を介して電圧０を出力することもできる。
動作状態（ｃ）：パワースイッチＳ６、パワースイッチＳ７、パワースイッチＳ８、パワ
ースイッチＳ１０がオンし、電解容量Ｃ１と電解Ｃ２はダイオードＤ１と直流電源Ｖｄｃ
を介して並列に充電でき、電解容量Ｃ３はアイドル状態にある。このとき、パワースイッ
チＳ２とパワースイッチＳ３を介して電圧＋Ｖｄｃを出力し、逆にパワースイッチＳ１と
Ｓ４を介して電圧－Ｖｄｃを出力することができる。
動作状態（ｄ）：パワースイッチＳ５、パワースイッチＳ７、パワースイッチＳ８及びパ
ワースイッチＳ１０はオンし、電解容量Ｃ１は電解容量Ｃ２及び直流電源と直列に放電し
、電解容量Ｃ３はアイドル状態にある。このとき、パワースイッチＳ２とパワースイッチ
Ｓ３を介して電圧＋２Ｖｄｃを出力し、逆にパワースイッチＳ１とパワースイッチＳ４を
介して電圧－２Ｖｄｃを出力することができる。
動作状態（ｅ）：パワースイッチＳ５、パワースイッチＳ９、パワースイッチＳ１０、パ
ワースイッチＳ１２がオンし、電解容量Ｃ１は電解容量Ｃ２と直流電源と直列に放電され
、電解容量Ｃ３は定格電圧３Ｖｄｃに充電される。このとき、パワースイッチＳ２とパワ
ースイッチＳ３を介して電圧＋３Ｖｄｃを出力することができ、逆にパワースイッチＳ１
とパワースイッチＳ４を介して電圧－３Ｖｄｃを出力することができる。
動作状態（ｆ）：パワースイッチＳ６、パワースイッチＳ７、パワースイッチＳ８、パワ
ースイッチＳ１１がオンし、電解容量Ｃ１と電解容量Ｃ２はダイオードＤ１と直流電源を
通じて並列に充電することができ、電解容量Ｃ３と直流電源は直列に放電する。このとき
、パワースイッチＳ２とパワースイッチＳ３を介して電圧＋４Ｖｄｃを出力することがで
き、逆にパワースイッチＳ１とパワースイッチＳ４を介して電圧－４Ｖｄｃを出力するこ
とができる。
動作状態（ｇ）：パワースイッチＳ５、パワースイッチＳ７、パワースイッチＳ８、パワ
ースイッチＳ１１がオンし、電解容量Ｃ１と電解容量Ｃ２が並列に接続された後、直流電
源と直列に接続され、その後、電解容量Ｃ３と直列に放電される。このとき、パワースイ
ッチＳ２とパワースイッチＳ３を介して電圧＋５Ｖｄｃを出力し、逆にパワースイッチＳ
１とパワースイッチＳ４を介して電圧－５Ｖｄｃを出力することができる。
動作状態（ｈ）：パワースイッチＳ５、パワースイッチＳ９及びパワースイッチＳ１１が
オンし、電解容量Ｃ１、電解容量Ｃ２及び電解容量Ｃ３が直列に接続され、その後直流電
源と直列に放電される。このとき、パワースイッチＳ２とパワースイッチＳ３を介して電
圧＋６Ｖｄｃを出力することができ、逆にパワースイッチＳ１とパワースイッチＳ４を介
して電圧－６Ｖｄｃを出力することができる。
向上した利得マルチレベルインバータの有効性を検証するために、１３レベルスイッチ電
解容量インバータ試作機を構築し、直流源電圧を２５Ｖとし、図４に示すように、実験は
抵抗性負荷（８０Ω＋１５ｍＨ）下で行った。実験結果によると、提案したインバータは
安定して１３電圧レベルを出力でき、出力電圧ピークは１５０Ｖで、６倍の電圧利得を持
ち、電流波形は正弦波に近似し、低い高調波含有量を有する。
以上、本実用新案の基本原理、主な特徴と本実用新案の利点を示し、説明した。当業者は
、本実用新案は上記実施例の制限を受けず、上記実施例及び明細書に記載されているのは
本実用新案の好ましい例のみであり、本実用新案を制限するためには使用されず、本実用
新案の精神と範囲を逸脱することなく、本実用新案にはさらに様々な変化と改善があり、
これらの変化と改善はすべて保護が要求されている本実用新案の範囲内に入ることを理解
すべきである。本実用新案登録の範囲は添付の特許請求の範囲及びその等価物によって規
定される。 Operating states (a) and (b): Power switch S5, power switch S9, power switch S10, and power switch S12 are on, and electrolytic capacitance C1 is connected to electrolytic capacitance C2 and DC power supply Vdc.
and the capacitor C3 can be charged to 3Vdc through the diode D2, in this case,
It is also possible to output voltage 0 through the power switches S2 and S4, and the power switch S1
It is also possible to output voltage 0 via the power switch S3.
Operating state (c): Power switch S6, power switch S7, power switch S8, and power switch S10 are turned on, and electrolytic capacitor C1 and electrolytic capacitor C2 are connected to diode D1 and DC power supply Vdc.
The electrolytic capacitor C3 is in an idle state. At this time, the voltage +Vdc can be outputted via the power switch S2 and the power switch S3, and the voltage -Vdc can be outputted via the power switches S1 and S4.
Operating state (d): power switch S5, power switch S7, power switch S8, and power switch S10 are turned on, electrolytic capacitor C1 is discharged in series with electrolytic capacitor C2 and the DC power supply, and electrolytic capacitor C3 is in an idle state. At this time, a voltage of +2Vdc can be outputted via the power switch S2 and the power switch S3, and a voltage of -2Vdc can be outputted via the power switch S1 and the power switch S4.
Operating state (e): Power switch S5, power switch S9, power switch S10, and power switch S12 are turned on, electrolytic capacitor C1 is discharged in series with electrolytic capacitor C2 and the DC power supply, and electrolytic capacitor C3 is charged to the rated voltage 3Vdc. be done. At this time, the voltage +3Vdc can be output through the power switch S2 and the power switch S3, and conversely, the voltage +3Vdc can be output through the power switch S2 and the power switch S3.
A voltage of -3Vdc can be outputted via the power switch S4.
Operating state (f): Power switch S6, power switch S7, power switch S8, and power switch S11 are turned on, electrolytic capacitor C1 and electrolytic capacitor C2 can be charged in parallel through diode D1 and the DC power supply, and electrolytic capacitor C3 and the DC power supply are discharged in series. At this time, a voltage of +4Vdc can be outputted via the power switch S2 and the power switch S3, and, conversely, a voltage of -4Vdc can be outputted via the power switch S1 and the power switch S4.
Operating state (g): Power switch S5, power switch S7, power switch S8, and power switch S11 are turned on, and electrolytic capacitor C1 and electrolytic capacitor C2 are connected in parallel, and then connected in series with the DC power supply, and then, It is discharged in series with the electrolytic capacitance C3. At this time, the voltage +5Vdc is output through the power switch S2 and the power switch S3, and conversely, the voltage +5Vdc is output through the power switch S2 and the power switch S3.
1 and a power switch S4, a voltage of -5Vdc can be output.
Operating state (h): Power switch S5, power switch S9, and power switch S11 are turned on, electrolytic capacitor C1, electrolytic capacitor C2, and electrolytic capacitor C3 are connected in series, and then discharged in series with the DC power source. At this time, a voltage of +6Vdc can be outputted via the power switch S2 and the power switch S3, and a voltage of -6Vdc can be outputted via the power switch S1 and the power switch S4.
In order to verify the effectiveness of the improved gain multilevel inverter, we constructed a 13-level switch electrolytic capacitance inverter prototype, set the DC source voltage to 25V, and conducted the experiment under a resistive load (80Ω + 15mH), as shown in Figure 4. I went there. According to the experimental results, the proposed inverter can stably output 13 voltage levels, the output voltage peak is 150V, it has a voltage gain of 6 times, the current waveform is close to a sine wave, and it has low harmonic content. .
The basic principles, main features, and advantages of this utility model have been shown and explained above. Those skilled in the art will understand that this utility model is not limited by the above-mentioned embodiments, and that the above-mentioned embodiments and specification describe only preferred examples of this utility model, and that they cannot be used to limit this utility model. There may be further changes and improvements to this utility model without departing from the spirit and scope of this utility model.
It should be understood that all of these changes and improvements fall within the scope of this utility model for which protection is sought. The scope of this utility model registration is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (8)

スイッチング容量部とＬ型拡張ユニットとから構成され、
左右両端に２つのハーフブリッジを用いて出力レベルの極性を変換し、
２つの容量は同時に直流電源と並列に充電することができ、
容量と電源の直列並列状態を切り替えることにより３倍電圧利得と７電圧レベルを生成す
ることができ、
スイッチング容量部は、直流電源Ｖｄｃと、電解容量Ｃ１と、電解容量Ｃ２と、ダイオー
ドＤ１と、パワースイッチＳ５と、パワースイッチＳ６と、パワースイッチＳ７と、パワ
ースイッチＳ８と、パワースイッチＳ９と、を含み、
Ｌ型拡張ユニットは、パワースイッチＳ１０と、パワースイッチＳ１１及びパワースイッ
チＳ１２と、電解容量Ｃ３と、ダイオードＤ２からなるＬ型構造と、を含み、
２つのハーフブリッジ構造は、パワースイッチＳ１と、パワースイッチＳ２と、パワース
イッチＳ３と、パワースイッチＳ４と、を含む、
分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータ。 Consists of a switching capacitor section and an L-type expansion unit,
Converts the polarity of the output level using two half bridges on both the left and right ends,
Two capacities can be charged at the same time in parallel with the DC power supply,
By switching the series-parallel state of capacitance and power supply, 3x voltage gain and 7 voltage levels can be generated.
The switching capacitor section includes a DC power supply Vdc, an electrolytic capacitor C1, an electrolytic capacitor C2, a diode D1, a power switch S5, a power switch S6, a power switch S7, a power switch S8, and a power switch S9. including,
The L-type expansion unit includes an L-type structure including a power switch S10, a power switch S11, a power switch S12, an electrolytic capacitor C3, and a diode D2,
The two half-bridge structures include a power switch S1, a power switch S2, a power switch S3, and a power switch S4.
Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access. 請求項１に記載の分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータで
あって、
直流電源Ｖｄｃの正極はパワースイッチＳ５の入力端及びダイオードＤ１の正極に接続さ
れ、
直流電源Ｖｄｃの負極はパワースイッチＳ６の出力端に接続され、
ダイオードＤ１の負極はパワースイッチＳ８の入力端及び電解容量Ｃ１の正極に接続され
、
パワースイッチＳ９の入力端はパワースイッチＳ８の出力端及び電解容量Ｃ２の正極に接
続され、
パワースイッチＳ９の出力端はパワースイッチＳ７の入力端及び電解容量Ｃ１の負極に接
続され、
パワースイッチＳ６の入力端は、パワースイッチＳ５及びパワースイッチＳ７の出力端及
び電解容量Ｃ２の負極に接続されている、
分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータ。 The interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access according to claim 1,
The positive pole of the DC power supply Vdc is connected to the input terminal of the power switch S5 and the positive pole of the diode D1,
The negative pole of the DC power supply Vdc is connected to the output terminal of the power switch S6,
The negative electrode of the diode D1 is connected to the input terminal of the power switch S8 and the positive electrode of the electrolytic capacitor C1,
The input terminal of the power switch S9 is connected to the output terminal of the power switch S8 and the positive electrode of the electrolytic capacitor C2,
The output end of the power switch S9 is connected to the input end of the power switch S7 and the negative electrode of the electrolytic capacitor C1,
The input terminal of the power switch S6 is connected to the output terminals of the power switch S5 and the power switch S7 and the negative electrode of the electrolytic capacitor C2,
Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access. 請求項１に記載の分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータで
あって、
パワースイッチＳ１０の入力端は電解容量Ｃ３の正極に接続され、
パワースイッチＳ１０の出力端はパワースイッチＳ１１の入力端に接続され、
パワースイッチＳ１２の入力端はパワースイッチＳ１１の出力端及び電解容量Ｃ３の負極
に接続され、
パワースイッチＳ１２の出力端はダイオードＤ２の正極に接続されている、
分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータ。 The interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access according to claim 1,
The input terminal of the power switch S10 is connected to the positive electrode of the electrolytic capacitor C3,
The output end of the power switch S10 is connected to the input end of the power switch S11,
The input terminal of the power switch S12 is connected to the output terminal of the power switch S11 and the negative electrode of the electrolytic capacitor C3,
The output end of the power switch S12 is connected to the positive electrode of the diode D2.
Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access. 請求項１に記載の分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータで
あって、
パワースイッチＳ１の入力端はパワースイッチＳ１０の入力端に接続され、
パワースイッチＳ１の出力端はパワースイッチＳ２の入力端に接続され、
パワースイッチＳ２の出力端は直流電源Ｖｄｃの負極に接続され、
パワースイッチＳ３の入力端は電解容量Ｃ３の正極に接続され、
パワースイッチＳ３の出力端はパワースイッチＳ４の入力端に接続され、
パワースイッチＳ４の出力端はダイオードＤ２の負極に接続されている、
分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータ。 The interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access according to claim 1,
The input end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch S10,
The output end of the power switch S1 is connected to the input end of the power switch S2,
The output end of the power switch S2 is connected to the negative pole of the DC power supply Vdc,
The input terminal of the power switch S3 is connected to the positive electrode of the electrolytic capacitor C3,
The output end of the power switch S3 is connected to the input end of the power switch S4,
The output end of the power switch S4 is connected to the negative pole of the diode D2.
Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access. 請求項１に記載の分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータで
あって、
パワースイッチＳ１とパワースイッチＳ２は相補状態で動作し、
パワースイッチＳ３とパワースイッチＳ４は相補状態で動作し、
パワースイッチＳ５とパワースイッチＳ６は相補状態で動作し、
パワースイッチＳ７とパワースイッチＳ８の動作状態は同じであり、ともにパワースイッ
チＳ９と相補的に導通し、
パワースイッチＳ１０とパワースイッチＳ１１は相補状態で動作する、
分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータ。 The interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access according to claim 1,
Power switch S1 and power switch S2 operate in a complementary state,
Power switch S3 and power switch S4 operate in a complementary state,
Power switch S5 and power switch S6 operate in a complementary state,
The operating states of the power switch S7 and the power switch S8 are the same, and both are conductive in a complementary manner to the power switch S9.
Power switch S10 and power switch S11 operate in a complementary state,
Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access. 請求項１に記載の分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータで
あって、
電解容量Ｃ１と電解容量Ｃ２の動作状態は同じであり、
直流電源Ｖｄｃと並列に充電し、
電解容量Ｃ１、電解容量Ｃ２及び直流電源Ｖｄｃの３つは直列に接続されて電解容量Ｃ３
と並列に接続されている、
分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータ。 The interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access according to claim 1,
The operating states of electrolytic capacity C1 and electrolytic capacity C2 are the same,
Charge in parallel with DC power supply Vdc,
The three electrolytic capacitors C1, C2, and DC power supply Vdc are connected in series to form an electrolytic capacitor C3.
connected in parallel with
Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access. 請求項１に記載の分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータで
あって、
スイッチング容量ユニットとＬ型拡張ユニットはパワースイッチＳ１１を介して接続され
ている、
分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータ。 The interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access according to claim 1,
The switching capacity unit and the L-type expansion unit are connected via a power switch S11.
Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access. 請求項１に記載の分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータで
あって、
すべてのパワースイッチは逆並列ダイオードを持つＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである、
分散型エネルギーアクセスのための相互接続電力網高利得インバータ。 The interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access according to claim 1,
All power switches are MOSFETs or IGBTs with anti-parallel diodes,
Interconnected power grid high gain inverter for distributed energy access.
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