[發(fā)明專利]一種高性能中點箝位三電平非隔離逆變器及其開關(guān)控制時序

有效

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• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111293914B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖華鋒;王曉標(biāo)
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02J3/38
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發(fā)明涉及一種具備非單位功率因數(shù)運行和進網(wǎng)直流成分抑制能力的高可靠分裂電感中點箝位型三電平非隔離逆變器，其中，逆變器包括電源支路(A)，第一及第二進網(wǎng)直流成分抑制支路(B、G)，第一及第二無功能量流通支路(C、D)，第一及第二高可靠逆變支路(E、F)，電源支路A由直流電源構(gòu)成，第一及第二進網(wǎng)直流成分抑制支路B、G分別由兩組分壓電容構(gòu)成。本發(fā)明在單極性SPWM調(diào)制方式下不產(chǎn)生高頻漏電流和工頻漏電流、具有更強的進網(wǎng)直流成分抑制能力、可避免橋臂直通風(fēng)險。同時，所有功率開關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力均為輸入直流電壓的一半。此外，配合相應(yīng)的開關(guān)控制時序，該逆變器可工作于非單位功率因數(shù)下，具備無功輸出能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種逆變器，尤其涉及一種具備非單位功率因數(shù)運行和直流成分抑制能力的高可靠分裂電感中點箝位三電平非隔離逆變器，屬于電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光伏發(fā)電作為一種清潔可持續(xù)能源得到了世界各國的廣泛關(guān)注并被迅速普及應(yīng)用，非隔離并網(wǎng)系統(tǒng)因不含低頻和高頻變壓器而具有變換效率高、成本低、重量輕等突出優(yōu)勢，在新能源開發(fā)，特別是分布式光伏并網(wǎng)中被普及應(yīng)用。但是，拿掉變壓器的非隔離并網(wǎng)系統(tǒng)面臨接觸漏電流和進網(wǎng)直流電流分量這兩大技術(shù)挑戰(zhàn)。由于光伏電池板對地寄生電容的存在，并網(wǎng)逆變器中功率開關(guān)管的高頻動作可能在寄生電容中產(chǎn)生漏電流。漏電流會造成進網(wǎng)電流畸變以及電磁干擾，危害設(shè)備的穩(wěn)定運行及人員安全。同時，失去電網(wǎng)側(cè)隔離進網(wǎng)電流直流成分的隔離變壓器后，該直流成分可能引起配電網(wǎng)上級變壓器偏磁飽和、電纜絕緣老化、逆變器壽命降低等問題。

隨著基于并網(wǎng)逆變器的分布式電源在配電系統(tǒng)中數(shù)量和容量占比的提高，各國并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)均提出要求其具備一定的無功輸出能力。另外，隨著分布式電源系統(tǒng)中直流匯集電壓等級的逐漸提高，傳統(tǒng)電壓源逆變器橋臂開關(guān)管電壓應(yīng)力快速上升、且在誤觸發(fā)下的直通問題也日益突出。

日本學(xué)者Akira Nabae等人于1981年提出的二極管箝位三電平并網(wǎng)逆變器，由于功率器件的電壓應(yīng)力為輸入直流電壓的一半，其差模特性好，電路結(jié)構(gòu)如附圖1所示；其由于電容橋臂中點直接連接電網(wǎng)中性線，在非隔離并網(wǎng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用；但其開關(guān)橋臂開關(guān)管存在直通風(fēng)險。為了提高傳統(tǒng)二極管箝位三電平并網(wǎng)逆變器的可靠性，專利CN101783611A發(fā)明一種分裂電感型電路結(jié)構(gòu)，如附圖2所示，雖然提高了并網(wǎng)逆變器的抗直通能力，但其無法運行于無功狀態(tài)。隨后，德國學(xué)者Michael Frisch等人公開了一種具有非單位功率因數(shù)運行能力的分裂電感型電路結(jié)構(gòu)，如附圖3所示，但其無功能量流通支路中功率器件電壓等級為輸入直流電壓，不適合高壓應(yīng)用場合。

雖然二極管箝位三電平并網(wǎng)逆變器直流側(cè)電容可以幫助抑制進網(wǎng)直流成分，但在續(xù)流階段時進網(wǎng)電流并不流經(jīng)直流側(cè)電容，一定程度上限制了進網(wǎng)直流成分抑制能力的提升。為此，西班牙學(xué)者Roberto González等人提出了附加一組電容橋臂抑制進網(wǎng)直流成分的電路，如附圖4所示，該電路的開關(guān)橋臂仍然面臨直通風(fēng)險。因此，迫切的需要一種新的方案解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種高性能中點箝位三電平非隔離逆變器，該技術(shù)方案構(gòu)建了一種具備非單位功率因數(shù)運行和進網(wǎng)直流成分抑制能力的高可靠分裂電感中點箝位三電平非隔離逆變器及其開關(guān)控制時序，解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足，應(yīng)用范圍更加廣泛。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種高性能中點箝位三電平非隔離逆變器，其特征在于，所述逆變器包括電源支路(A)，第一及第二進網(wǎng)直流成分抑制支路(B、G)，第一及第二無功能量流通支路(C、D)，第一及第二高可靠逆變支路(E、F)。

作為本發(fā)明的一種改進，第一及第二無功能量流通支路(C、D)的有源箝位開關(guān)管連接至第一進網(wǎng)直流成分抑制支路(B)的中點、第一及第二高可靠逆變支路(E、F)的無源箝位二極管連接至第一進網(wǎng)直流成分抑制支路(B)的中點，從實現(xiàn)所有功率器件電壓應(yīng)力為輸入直流電壓的一半。