[實用新型]三電平逆變單元與光伏逆變器

有效

• 申請號: 201220742492.8
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN203119788U
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 郭龍龍;梁京哲;劉杰;王鵬飛
• 申請（專利權）人: 北京君泰聯創低碳節能科技有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本實用新型涉及電力電子領域，具體而言，涉及一種三電平逆變單元與光伏逆變器。?

背景技術

為了提高逆變器的逆變效率，同時降低逆變器的體積和重量，近年來，逐漸出現了了多種新型逆變單元結構，利用了多種電路拓撲，如直流旁路拓撲，交流旁路拓撲（HERIC），H5拓撲，中點鉗位型（Neutral?Point?Clamping,NPC）三電平拓撲，Conergy?NPC三電平拓撲，Active?NPC三電平拓撲等等。這些拓撲從原理上大體可以分為兩類：第一類為H橋改進型拓撲結構，第二類為多電平改進型拓撲。其中第二類三電平（NPC）改進型拓撲，以其簡單的結構和更高的效率在光伏逆變器的設計中得到了廣泛的應用。?

NPC三電平拓撲電路于上世紀80年代提出，其與傳統的兩個開關模塊所構成的傳統橋臂相比，可以額外輸出一個零電位，圖1是傳統兩個開關管半橋逆變單元的拓撲電路圖，圖2是傳統NPC逆變單元的拓撲圖。從圖中可以看出，在直流輸入電壓為Vdc時，傳統半橋拓撲電路開關器件S11閉合時節點A輸出電壓為+Vdc，在開關器件S12閉合時，節點A輸出電壓為-Vdc，因此，傳統半橋拓撲電路只能輸出-Vdc，+Vdc。而NPC拓撲電路通過增加了兩組開關器件，在開關器件S21和開關器件S24閉合，開關器件S22和開關器件S23斷開時，節點A可以輸出0電位，從而NPC拓撲電路可以輸出-Vdc，0，+Vdc三個電位。因此，NPC拓撲的輸出特性，尤其是輸出紋波特性優于傳統兩開關器件所組成的橋臂。?

Conergy公司在NPC拓撲電路的基礎上進行了改進，一般稱之為ConergyNPC拓撲電路。圖3A是現有NPC拓撲的電路，NPC拓撲電路每個開關周期的工作狀態都分為兩部分：有源狀態和續流狀態，圖3B和圖3C分別示出了現有NPC拓撲正向有源工作狀態和正向續流工作狀態，可以看出在有源狀態時，僅有開關器件S31閉合，獨自承擔導通損耗；在續流狀態時，開關器件S33閉合，開關器件S33和續流二極管D34共同承擔導通損耗。圖中僅僅示出了正向的工作狀態，對于輸出負向電壓的情況時，有源狀態為開關器件S32閉合，續流狀態為開關器件S34和續流二極管D33共同承擔導通損耗。?

在一個逆變周期內，NPC拓撲逆變電路依次處于正向有源狀態、正向續流狀態、負向有源狀態、反向續流狀態，各開關管和續流二極管交替工作，輸出逆變電源，在通過PWM波控制的情況下，通過控制有源狀態和續流狀態各自所占周期的比例，即可實現逆變器的指定電壓輸出。這種電路結構，在續流狀態下，需要對兩個開關器件S33和S34分別正向和負向續流控制，使用的開關器件較多，同時兩個開關器件S33和S34沒有共地節點，需要分別引入驅動裝置，增加了設備成本。另外，在續流狀態時，開關器件的反并聯寄生二極管特性從很大程度上影響了逆變效率。?

針對現有技術中NPC拓撲逆變單元使用的開關器件較多，驅動電路復雜的問題，目前尚?未提出有效的解決方案。?

實用新型內容

本實用新型旨在提供一種三電平逆變單元與光伏逆變器，以解決現有技術中NPC拓撲逆變單元使用的開關器件較多，驅動電路復雜的問題。?

為了實現上述目的，根據本實用新型的一個方面，提供了一種三電平逆變單元。該逆變單元，用于將直流側的直流電能轉換為交流側的交流電能，其中直流側的第一端連接直流輸入的正向電壓端，直流側的第二端連接直流輸入的負向電壓端，交流側通過第一交流輸出端和第二交流輸出端輸出交流電能，包括：第一開關模塊，設置在直流側的第一端與第一交流輸出端之間；第二開關模塊，設置在直流側的第二端與第一交流輸出端之間；第一電容，設置在直流側的第一端與第二交流輸出端之間；第二電容，設置在直流側的第二端與第二交流輸出端之間；續流模塊，設置在第一交流輸出端和第二交流輸出端之間，續流模塊包括第三開關模塊和多個續流二極管，其中，多個續流二極管包括：第四二極管、第五二極管、第六二極管以及第七二極管，第五二極管的陽極端與第七二極管的陽極端連接于第二節點，第四二極管的陰極端與第六二極管的陰極端連接于第一節點，第四二極管的陽極端與第五二極管的陰極端連接于第二交流輸出端，第六二極管的陽極端與第七二極管的陰極端連接于第一交流輸出端，第三開關模塊設置在第一節點和第二節點之間。?

進一步地，第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管以及第七二極管均為碳化硅肖特基二極管。?