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、儲能以及UPS電源等多個相關(guān)場合。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)生多個電壓等級的高壓電壓以滿足不同電壓等級的負載需求。根據(jù)多電平逆變電路的拓撲結(jié)構(gòu)，可以將其主要分為中點箝位型和級聯(lián)H橋型這兩種主要類型.

關(guān)鍵詞：多電平;中點箝位;級聯(lián);H橋

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：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

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

1 中點箝位型多電平逆變電路[2]

中點箝位型多電平逆變電路在世界范圍內(nèi)的專利申請趨勢如圖1所示，可以看出，中點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，在2012至2016年年申請量均在60件以上，2016年開始大幅下降。說明在2012—2015年，中點箝位型多電平逆變電路是本領(lǐng)域的研究熱點，2016年開始熱度下降。

中點箝位型多電平逆變電路技術(shù)全球主要國家專利申請數(shù)量變化趨勢圖如圖2所示，可以看出，我國的中點箝位型多電平逆變電路的專利申請占比情況在2012年達到了最大值，且在2012—2015年的占比情況相比其他國家來說都比較多，說明在2012—2015年，我國對中點箝位型多電平逆變電路的研究相比其他國家來說要更為重視，中點箝位型多電平逆變電路的大多數(shù)相關(guān)技術(shù)也主要掌握在國內(nèi)申請人手中。

圖3為中點箝位型多電平逆變電路全球主要專利申請人排名。從圖中可以看出，排名前10中的申請人中國內(nèi)申請人占比處于絕對優(yōu)勢地位，國內(nèi)申請人以企業(yè)（陽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，而國外申請人以企業(yè)（東芝、通用電氣等）為主。

級聯(lián)H橋多電平逆變電路[3]

級聯(lián)H橋多電平逆變電路由若干個子模塊單元級聯(lián)而成，適用于中高壓大功率場合，最早由日本長岡科技大學(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為級聯(lián)H橋多電平逆變電路全球?qū)＠暾堏厔?，可以看出?000年前后相關(guān)專利申請量很少，從2009年申請量迅速增加，并且逐年升高，受專利公開滯后性等因素的影響，2017年申請量有所下降，可以預(yù)見的是，級聯(lián)H橋多電平逆變電路的研究熱度在未來幾年會不斷提升。

如圖5專利申請人排名，可以看出對于級聯(lián)H橋多電平逆變電路領(lǐng)域，國內(nèi)申請人數(shù)量占絕對優(yōu)勢地位，還可以看出，該領(lǐng)域?qū)＠暾埣性趪译娋W(wǎng)、南方電網(wǎng)和高校及科研機構(gòu)手中，國內(nèi)申請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，中點箝位型多電平逆變電路發(fā)展已處于衰退期，年專利申請量已呈下降趨勢，國內(nèi)申請人應(yīng)降低對于中點箝位型多電平逆變電路的研究熱度和關(guān)注度;級聯(lián)H橋型多電平逆變電路近幾年呈上升趨勢，表明該領(lǐng)域是多電平逆變電路的研究熱點。產(chǎn)品未動，專利先行，國內(nèi)企業(yè)和高校應(yīng)在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，適當加大級聯(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，搶占市場先機。

參考文獻：

[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.