多電平逆變電路主要技術(shù)分支專利分析

王宇 趙杰

摘要：多電平逆變電路已經(jīng)成為電力領(lǐng)域中不可或缺的一種逆變電路，其廣泛應(yīng)用于直流輸電、新能源發(fā)電、儲(chǔ)能以及UPS電源等多個(gè)相關(guān)場(chǎng)合。除了可以獲得較低的諧波畸變率，減少開關(guān)器件的開關(guān)損耗，多電平逆變電路利用較少的開關(guān)數(shù)量，產(chǎn)生多個(gè)電壓等級(jí)的高壓電壓以滿足不同電壓等級(jí)的負(fù)載需求。根據(jù)多電平逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以將其主要分為中點(diǎn)箝位型和級(jí)聯(lián)H橋型這兩種主要類型.

關(guān)鍵詞：多電平;中點(diǎn)箝位;級(jí)聯(lián);H橋

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）09-0050-03

Abstract： The multilevel inverter circuit has become an significant part in the power field， it has been widely used in DC transmission， new energy power generation， energy storage and UPS and other related occasions.In addition to obtaining a lower harmonic distortion rate and reducing the switching loss of the switching device， the multilevel inverter circuit uses fewer switches to generate high-voltage voltages of multiple voltage levels to meet the load requirements of different voltage levels. According to the topology of multi-level inverter circuit， it can be divided into two main types： neural-point-clamped type and cascade H-bridge type.

Key words： multilevel; neural-point-clamped;cascade;H-bridge

本文針對(duì)中點(diǎn)箝位型和級(jí)聯(lián)H橋型兩種多電平逆變電路[1]的主要類型，以中國(guó)專利摘要數(shù)據(jù)庫(kù)（CNABS）和德文特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(kù)（DWPI）為數(shù)據(jù)源，采用以分類號(hào)為主，以關(guān)鍵詞為輔助的檢索方式，分別對(duì)中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路和級(jí)聯(lián)H橋型多電平逆變電路進(jìn)行專利檢索，并基于檢索結(jié)果，從專利申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)人國(guó)別分布以及主要申請(qǐng)人等角度展開分析。

1 中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路[2]

中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路在世界范圍內(nèi)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)如圖1所示，可以看出，中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路的研究數(shù)量從2011年開始迅速增長(zhǎng)，在2012至2016年年申請(qǐng)量均在60件以上，2016年開始大幅下降。說(shuō)明在2012—2015年，中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，2016年開始熱度下降。

中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路技術(shù)全球主要國(guó)家專利申請(qǐng)數(shù)量變化趨勢(shì)圖如圖2所示，可以看出，我國(guó)的中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路的專利申請(qǐng)占比情況在2012年達(dá)到了最大值，且在2012—2015年的占比情況相比其他國(guó)家來(lái)說(shuō)都比較多，說(shuō)明在2012—2015年，我國(guó)對(duì)中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路的研究相比其他國(guó)家來(lái)說(shuō)要更為重視，中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路的大多數(shù)相關(guān)技術(shù)也主要掌握在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人手中。

圖3為中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路全球主要專利申請(qǐng)人排名。從圖中可以看出，排名前10中的申請(qǐng)人中國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人占比處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人以企業(yè)（陽(yáng)光電源股份有限公司）和高校（山東大學(xué)、上海交通大學(xué)等）為主，而國(guó)外申請(qǐng)人以企業(yè)（東芝、通用電氣等）為主。

級(jí)聯(lián)H橋多電平逆變電路[3]

級(jí)聯(lián)H橋多電平逆變電路由若干個(gè)子模塊單元級(jí)聯(lián)而成，適用于中高壓大功率場(chǎng)合，最早由日本長(zhǎng)岡科技大學(xué)Nabae等人于1980年提出，而后在1993年由學(xué)者Bhagwat和Stefanovic將三電平結(jié)構(gòu)推廣到四電平、五電平等多電平結(jié)構(gòu)。圖4為級(jí)聯(lián)H橋多電平逆變電路全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)，可以看出在2000年前后相關(guān)專利申請(qǐng)量很少，從2009年申請(qǐng)量迅速增加，并且逐年升高，受專利公開滯后性等因素的影響，2017年申請(qǐng)量有所下降，可以預(yù)見的是，級(jí)聯(lián)H橋多電平逆變電路的研究熱度在未來(lái)幾年會(huì)不斷提升。

如圖5專利申請(qǐng)人排名，可以看出對(duì)于級(jí)聯(lián)H橋多電平逆變電路領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，還可以看出，該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)集中在國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)和高校及科研機(jī)構(gòu)手中，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人形成了一定范圍的專利布局和壟斷。

3 總結(jié)

根據(jù)上述分析，中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路發(fā)展已處于衰退期，年專利申請(qǐng)量已呈下降趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人應(yīng)降低對(duì)于中點(diǎn)箝位型多電平逆變電路的研究熱度和關(guān)注度;級(jí)聯(lián)H橋型多電平逆變電路近幾年呈上升趨勢(shì)，表明該領(lǐng)域是多電平逆變電路的研究熱點(diǎn)。產(chǎn)品未動(dòng)，專利先行，國(guó)內(nèi)企業(yè)和高校應(yīng)在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，適當(dāng)加大級(jí)聯(lián)H橋型多電平逆變電路的研究力度，完善專利布局形成專利壁壘，搶占市場(chǎng)先機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Asmaa EL-Hosainy，et.al. A Review of Multilevel Inverter Topologies， Control Techniques， and Applications[J].2017 Nineteenth International Middle East Power Systems Conference（MEPCON），2017.

[2] 司夏河.多電平有源中點(diǎn)箝位型變換器控制策略研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2016.

[3] 那顯龍.級(jí)聯(lián)H橋型逆變器PD功率均衡控制方法的研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2018.