[發明專利]三電平半橋光伏并網逆變器

有效

• 申請號: 201110363477.2
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102403920A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 劉斌;謝積錦;徐海波
• 申請（專利權）人: 廣東易事特電源股份有限公司;南昌航空大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/483;H02J3/38
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 譚一兵

技術領域

本發明涉及一種逆變器，尤其涉及一種三電平半橋光伏并網逆變器。

背景技術

在化石能源逐漸短缺，環境污染問題日益嚴重的今天，太陽能光伏并網發電這種即干凈又不污染空氣的能源來源方式越來越受到人們的青睞。毫無疑問，光伏并網逆變器是整個并網型光伏系統能量轉換與控制的核心，它能將太陽能電池所輸出的直流電轉換成符合并網要求的交流電，然后饋入電網，并實現最大功率點跟蹤（MPPT）。

在中高壓大功率的場合，多電平逆變器已成為當前電力電子技術中備受人們關注的研究熱點。三電平半橋逆變器是較早出現的一種多電平逆變器，一方面由于其橋臂有+1、0、-1三種輸出電平，所以在相同的輸出電壓諧波標準的條件下，其等效的開關頻率可以降低，從而減少了開關損耗，提高了效率。另一方面由于有直流分壓電容中點的存在，使得開關器件所承受的電壓應力只為兩電平時的一半，從而使得低耐壓器件在高壓場合的應用成為可能，避免了將功率管直接串聯使用出現的動靜態均壓問題，給逆變器的設計帶來了很大的方便。最后，將三電平半橋逆變器應用于光伏并網系統時，其自身的拓撲結構就決定了其共模電壓與開關頻率無關，為直流母線電壓的一半，因此，三電平半橋光伏并網逆變器不會產生共模漏電流，相對于其它存在共模漏電流的拓撲而言，減少了向電網中注入的諧波，提高了電磁兼容性。

但是，未加以改進的三電平半橋光伏并網逆變器不可避免地存在著自身的缺陷，那就是其要求電池板供給該逆變器的電壓必須高于市電峰值電壓才能保證成功并網，由此導致電池板直流電壓利用率低。因為當電池板輸出電壓低時，傳統三電平半橋逆變器的輸入電壓也隨之降低，根本無法實現并網發電。雖然可以通過將輸出電壓小的電池板相串聯而得到輸出電壓高的電池板，進而直接輸入半橋逆變器實現并網。但是相關法規表明：電池板的輸入電壓過高將會對整個并網系統尤其是非隔離型的并網系的絕緣性和安全性構成威脅。傳統的解決辦法是在電池板和半橋逆變器之間增設一級隔離型高頻鏈DC/DC升壓變換電路，將電池板的輸出電壓升壓至比市電峰值電壓還高的電壓，然后進行逆變并網。但是由于多增設了一級變換電路，定然會引起整個系統效率的降低，而且隔離型高頻鏈DC/DC變換器技術門檻高，不易實現。另外，傳統的三電平半橋逆變器在實際實現時存在直流電容中點電位（O）波動的情況，中點電位波動將會導致三電平半橋逆變器輸出電壓發生畸變，這時企圖通過增加輸出電壓的電平數來改善輸出波形的初衷將會大打折扣。

因此，在當前形勢下，必須站在一個新的高度來重新審視電力電子逆變器，提出效率更高的電路拓撲或者更為有效的控制策略。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種三電平半橋光伏并網逆變器，能夠有效地降低傳統三電平半橋逆變系統的輸入電壓，提高電池板電壓利用率，從而使得在電池板電壓低于市電電壓時，依然能夠并網發電而無需另外增設一級較為復雜的高頻鏈DC/DC變換環節。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種三電平半橋光伏并網逆變器，包括半橋逆變電路，還包括工頻切換電路；所述工頻切換電路包括：第一功率開關管、第二功率開關管、第一功率二極管、第一電感、第二功率二極管、第二電感；

所述第一功率開關管的集電極與光伏電池板的正端連接，第一功率開關管的發射極接入所述半橋逆變電路中的第一均壓電容與第二均壓電容組成的橋臂的中點，第二功率開關管的發射極接入光伏電池板的負端，第二功率開關管的集電極接入所述第一均壓電容與第二均壓電容組成的橋臂的中點，第一功率二極管的陽極接入光伏電池板的正端與第一功率開關管的集電極之間，第一功率二極管的陰極通過第一電感和第一均壓電容的上端相連接，第二功率二極管的陰極接入光伏電池板的負端與第二功率開關管的發射極之間，第二功率二極管的陽極通過第二電感和第二均壓電容的下端相連接。

優選的，所述半橋逆變電路包括：第一均壓電容、第二均壓電容、第三功率開關管、第四功率開關管、第五功率開關管、第六功率開關管、第三功率二極管、第四功率二極管、第三電感；