[發明專利]一種串并聯混合三電平NPP逆變拓撲單元及三電平逆變器

在審

• 申請號: 201410165516.1
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103904928A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 董秀成;鐘順時;余小梅
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種新型串并聯混合三電平NPP逆變拓撲單元及三電平逆變器。

背景技術

近幾年，隨著能源市場和環境友好型能源需求的聯合，使分布式發電系統得到了快速的發展。分布式發電單元包括可再生能源和不可再生能源，比如太陽能電池組，風能發電機，燃料發電機。對可再生能源的并網問題，電力電子技術起到了關鍵性的作用，特別是對于電壓源型逆變器。目前，為了讓逆變器控制系統的性能最優，控制更簡便，圍繞新的控制方式領域的研究越來越火熱。

隨著中高電壓應用設備額定功率的不斷提高，刺激了多電平電力電子變流器的使用，從而促使新拓撲結構以及相關的控制策略的發展。在大容量變換器中，相比于兩電平逆變器，三電平二極管中點箝位(3L-NPC)逆變器以其輸出電壓更接近正弦波、電壓變化率小、開關頻率低、損耗小、效率高等特點，受到人們的廣泛關注。介于介于NPC拓撲結構各個開關管開關頻率不均衡，相關學著提出了三電平中點引出型(3L-NPP)逆變器，使各個開關管的開關頻率均衡化，從而使得輸出頻率得到最大化。然而，對于三電平NPP逆變拓撲結構，上、下橋臂的支撐電壓為中間橋臂支撐電壓的兩倍，需要的功率器件的功率也將是中間器件的兩倍，大功率開關器件限制了逆變器的開關頻率，同時增大了逆變器的功耗，給逆變器的整體設計帶來了不便。

發明內容

本發明目的在于提供一種新型串并聯混合三電平NPP逆變拓撲單元及三電平逆變器，旨在解決三電平NPP逆變器存在功率器件開關頻率及耐壓不均衡問題。

本發明提供了一種新型串并聯混合三電平NPP逆變拓撲單元，該串并聯混合三電平NPP逆變拓撲單元包括：上橋臂，中橋臂和下橋臂；

所述上橋臂，采用兩個反向并聯二極管的IGBT串聯構成，通過低壓IGBT的串聯來減小功率器件的損耗，同時提高逆變器整體開關頻率，可減小輸出濾波器的尺寸；

所述中橋臂，采用兩個逆阻式IGBT(RB-IGBT)反并聯構成，不僅減少了逆變器使用器件的數目，降低系統功耗，而且提高了逆變器的可靠性；

所述下橋臂，采用兩個反向并聯二極管的IGBT串聯構成，通過低壓IGBT的串聯來減小功率器件的損耗，同時提高逆變器整體開關頻率，可減小輸出濾波器的尺寸。

上述的串并聯混合三電平NPP逆變拓撲單元，優先地，該串并聯混合三電平NPP逆變拓撲單元對應的三個工作模態分別為：

第一工作模態：開關管Va1和Va2導通，其余開關管均截止；

第二工作模態：開關管Va3和Va4導通，其余開關管均截止；

第三工作模態：開關管Va5和Va6導通，其余開關管均截止。

本發明還提供了一種三電平逆變器，包括直流輸入單元和一個如上述任意一種所述的拓撲單元，其中：

所述直流輸入單元的直流正電平P與該逆變單元的第一直流輸入端M1相連，所述直流輸入單元的直流零電平0與該逆變單元的第二直流輸入端M2相連，所述直流輸入單元的直流負電平N與該逆變單元的第三直流輸入端M3相連；

該逆變單元的交流輸出端AC與該逆變器的交流輸出端相連。

本發明還提供了一種三電平逆變器一種三電平逆變器，包括直流輸入單元和兩個如上述任意一種所述的拓撲單元：第一拓撲單元和第二拓撲單元；

直流輸入單元的直流正電平P與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第一直流輸入端M1相連；

直流輸入單元的直流零電平0與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連；

直流輸入單元的直流負電平N與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連；

第一逆變單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端相連，第二逆變單元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端相連。

本發明還提供了一種三電平逆變器一種三電平逆變器，包括直流輸入單元和三個如上述任意一種所述的拓撲單元：第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元；

直流輸入單元的直流正電平P與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第一直流輸入端M1相連；

直流輸入單元的直流零電平0與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連；

直流輸入單元的直流負電平N與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連；

第一逆變單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端相連，第二逆變單元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端相連，第三逆變單元的交流輸出端AC與該逆變器的第三交流輸出端相連。