[發明專利]單級三相大升壓比級聯電壓型準阻抗源逆變器

有效

• 申請號: 201210501960.7
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102938620A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 陳道煉
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明所涉及的一種單級三相大升壓比級聯電壓型準阻抗源逆變器，屬電力電子技術。

背景技術

逆變器是應用功率半導體器件將直流電變換成交流電的一種靜止變流裝置，供交流負載使用或與交流電網并網發電。

由于石油、煤和天然氣等化石能源（不可再生能源）日益緊張、環境污染嚴重、全球變暖、核能生產會產生核廢料和污染環境等原因，能源和環境已成為21世紀人類所面臨的重大問題。太陽能、風能、氫能、潮汐能和地熱能等可再生能源（綠色能源），具有清潔無污染、廉價、可靠、豐富等優點,?其開發和利用越來越受到人們的重視，這對世界各國經濟的持續發展具有相當重要的意義。太陽能、風能、氫能、潮汐能、地熱能等可再生能源轉化的直流電能通常是不穩定的，需要采用逆變器將其變換成交流電能供給負載使用或與交流電網并網發電。在以直流發電機、蓄電池、太陽能電池、燃料電池、風力機等為主直流電源的變換場合，逆變器具有廣泛的應用前景。

目前，中大容量逆變場合通常采用傳統的三相電壓型PWM逆變器電路結構。這類逆變器正常工作時必須滿足直流側電壓大于交流側線電壓的峰值，故存在一個明顯的缺陷：當直流側電壓（如光伏電池輸出能力）降低時，如陰雨天或夜晚，整個發電系統將難以正常運行，系統的利用率下降。對此，常采用如下兩種方法來解決：（1）前級加Boost型直流變換器或高頻隔離型DC-DC變換器，增加了功率變換級數、電路復雜性、損耗和成本；（2）輸出加三相工頻變壓器，大大增加了系統的體積、重量和成本，難以適應銅鐵原材料價格急劇上漲的今天。

因此，尋求一種橋臂無須設死區時間、高可靠性、單級電路結構的新型三相大升壓比級聯電壓型準阻抗源逆變器已迫在眉睫。這對于有效地克服傳統PWM變換器存在的橋臂須設死區時間、升壓比不夠大（非隔離型）、系統的體積重量大和成本高（輸出加三相工頻變壓器）等缺陷，提高變換系統的輸出波形質量、可靠性和降低輸入側EMI，拓寬電力電子學逆變技術和可再生能源發電技術理論，推動新能源發電產業的發展以及發展節能型與節約型社會均具有重要的意義。

發明內容

本發明目的是要提供一種具有大升壓比、單級功率變換、功率密度高、變換效率高、輸出波形質量高、可靠性高、輸入電壓變化范圍寬、成本低、適用于中大容量逆變場合等特點的單級三相大升壓比級聯電壓型準阻抗源逆變器。

本發明的技術方案在于：一種單級三相大升壓比級聯電壓型準阻抗源逆變器，是由輸入直流電源、大升壓比阻抗網絡、三相逆變橋、三相濾波器、三相交流負載或三相交流電網依序級聯構成；所述的大升壓比阻抗網絡是由儲能電感L₀和依序級聯的n個相同的SLCC型二端口阻抗網絡單元串聯構成，其中n為大于1的自然數；每個SLCC型二端口阻抗網絡單元，是由一個功率二極管S_j、一個儲能電感L_j、兩個儲能電容C_j和C_j′構成，功率二極管S_j的陰極與儲能電感L_j的一端、儲能電容C_j的正極性端相連接，儲能電感L_j的另一端、功率二極管S_j的陽極分別與儲能電容C_j′的正、負極性端相連接，儲能電容C_j的負極性端與輸入直流電源的負極性端連接成公共端，功率二極管S_j與儲能電容C_j′的連接端和儲能電容C_j的公共端構成了第j個SLCC型二端口阻抗網絡單元的輸入端口,儲能電感L_j與儲能電容C_j′的連接端和儲能電容C_j的公共端構成了第j個SLCC型二端口阻抗網絡單元的輸出端口,功率二極管S₁與儲能電容C₁′的連接端和輸入直流電源正極性端之間串聯有儲能電感L₀，其中j為不大于n的自然數；所述的三相逆變橋是由六個承受單向電壓應力和雙向電流應力的兩象限功率開關構成。