新型h4橋三電平并網(wǎng)逆變電路的制作方法
【專利摘要】為了提高并網(wǎng)逆變器的效率、可靠性及降低成本，發(fā)明了一種新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路。它的主電路拓撲是由直流母線電容、兩個工頻開關管、兩個高頻開關管、兩個快恢復二極管和兩個濾波電感和一個容值較小的輸出濾波電容組成。在采用單極性調(diào)制方式的全橋并網(wǎng)逆變電路的基礎上，兩個快恢復二極管分別并聯(lián)在兩個工頻開關管兩端，作為逆變電流的續(xù)流二極管，分別工作于市電正半周和負半周。該新型并網(wǎng)逆變電路具有類似傳統(tǒng)三電平電路的效果，并且對地漏電流較小，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，主要應用于光伏及風力并網(wǎng)發(fā)電逆變器中。
【專利說明】新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新的并網(wǎng)逆變電路拓撲，該逆變電路能有效降低并網(wǎng)逆變器的損耗，提高效率，降低成本。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對太陽能、風能等綠色能源的需求量越來越大，很多新的并網(wǎng)逆變電路被研究，如何提高逆變器轉(zhuǎn)換效率，減少并網(wǎng)電流畸變率及降低成本是其主要的研究方向。當前應用最普遍的并網(wǎng)逆變電路是全橋并網(wǎng)逆變電路和半橋并網(wǎng)逆變電路。其中，全橋并網(wǎng)逆變電路由直流母線電容、四個帶反向并聯(lián)二極管的開關管、兩個濾波電感和一個容值很小的交流濾波電容組成。并網(wǎng)逆變電路的主要作用就是把直流母線電容上高于市電電壓峰值的直流電轉(zhuǎn)換為交流電(僅對非隔離逆變電路適用)，并輸送到電網(wǎng)上。但是，傳統(tǒng)全橋逆變電路需要的濾波電感值較大、對開關管耐壓要求較高及存在較大的對地漏電流。另外，為了防止母線電容短路直通，上下開關管需要設置死區(qū)，逆變器性能及可靠性都不高。雖然有很多并網(wǎng)逆變新架構(gòu)被提出來，但大多數(shù)電路比較復雜，成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了提高并網(wǎng)逆變器的效率、可靠性及降低成本，本發(fā)明提出一種新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路，該逆變電路比傳統(tǒng)全橋逆變電路效率高，對地漏電流小，濾波電感值僅有采用雙極性調(diào)制方式的全橋逆變電路一半等優(yōu)點，可以滿足光伏及風力發(fā)電并網(wǎng)逆變器對低成本、高性能和高可靠性的要求。本發(fā)明涉及的新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路是在傳統(tǒng)全橋并網(wǎng)逆變電路的基礎上，添加兩個快恢復二極管組成的。新架構(gòu)中四個開關管不需要帶內(nèi)置或外置反向并聯(lián)二極管，所選用的MOSFET、IGBT或其它類型的開關管無論有沒有帶反向并聯(lián)二極管，該并網(wǎng)逆變電路都可以正常工作，開關管的選擇范圍更廣。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:在采用單極性調(diào)制方式的全橋并網(wǎng)逆變電路的基礎上，在兩個工作頻率為工頻(市電頻率)的開關管兩端各并聯(lián)一個快恢復二極管，作為逆變電流的續(xù)流二極管，分別工作于市電正半周和負半周。新架構(gòu)中四個開關管均不需要內(nèi)置或外置反向并聯(lián)二極管。逆變電流續(xù)流時，通過快恢復二極管、工頻開關管、濾波電感及市電形成不經(jīng)過直流母線電容的續(xù)流回路。這樣逆變橋臂輸出電壓除了有正、負兩種直流母線電壓外，還存在由于續(xù)流二極管而產(chǎn)生的近似零電平，所以電路為三電平架構(gòu)。新架構(gòu)中母線電容負極對市電側(cè)的電壓不含有高頻電壓諧波，對地漏電流較小。另外新架構(gòu)中兩對上下開關管，分別在市電正負半周工作，除了在市電過零點需要設置死區(qū)時間外，母線電容不存在短路的風險，電路可靠性有了很大提高。
[0005]本發(fā)明的有益效果是，在傳統(tǒng)全橋逆變電路的基礎上，通過優(yōu)化電路拓撲結(jié)構(gòu)，在兩個工頻開關管兩端各并聯(lián)一個快恢復二極管就達到三電平電路效果的同時，也降低了傳統(tǒng)三電平并網(wǎng)逆變器的成本，對地漏電流較小且結(jié)構(gòu)簡單，可靠。【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0007]圖1是新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路拓撲圖。
[0008]圖2是新型H4橋二電平并網(wǎng)逆變電路另外一種拓撲圖。
[0009]圖3是新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路中四個開關管的工作時序圖。
[0010]圖4是新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路在一個市電周期中四種工作狀態(tài)示意圖。其中圖4(a)表示在市電正半周濾波電感充電時電流回路示意圖；圖4(b)表示在市電正半周濾波電感續(xù)流時電流回路示意圖；圖4(0)表示在市電負半周濾波電感充電時電流回路示意圖；圖4((1)表不在市電負半周濾波電感續(xù)流時電流回路不意圖。
[0011]附圖中C表不直流母線電容；Ql和Q2表不工頻開關管；Q3和Q4表不聞頻開關管；Dl和D2表示快恢復二極管；上下橋臂兩個濾波電感的電感值相等，分別為總感值L的一半；Cf表示容值較小的交流濾波電容；Va表示并網(wǎng)市電電壓；Vcarrier表示高頻載波信號；Vcontrol表示逆變控制器輸出的調(diào)制信號。
【具體實施方式】
[0012]新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路按圖1中順序進行連接，其中兩條相交線上的黑點表示兩線之間相互連接在一起，沒有黑點表示兩線之間沒有任何連接。工頻開關管Ql和Q2作為上管，高頻開關管Q3和Q4作為下管，連接成H4全橋架構(gòu)，再在兩個工頻開關管Ql和Q2兩端分別并聯(lián)快恢復二極管Dl和D2。
[0013]新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路也可以按圖2中順序進行連接，其中兩條相交線上的黑點表示兩線之間相互連接在一起，沒有黑點表示兩線之間沒有任何連接。工頻開關管Ql和Q2作為下管，高頻開關管Q3和Q4作為上管，連接成H4全橋架構(gòu)，再在兩個工頻開關管Ql和Q2兩端分別并聯(lián)快恢復二極管Dl和D2。
[0014]圖3給出了 Ql、Q2、Q3、Q4四個開關管在一個市電周期內(nèi)的工作時序。在市電正半周時工頻開關管Ql —直導通，工頻開關管Q2和聞頻開關管Q3 —直斷開，聞頻開關管Q4根據(jù)Vcontrol和Vcarrier相互比較產(chǎn)生的高頻PWM信號開通或關斷；在市電負半周時工頻開關管Q2 —直導通，工頻開關管Ql和高頻開關管Q4 —直斷開，高頻開關管Q3根據(jù)一Vcontrol和Vcarrier相互比較產(chǎn)生的高頻PWM信號開通或關斷。
[0015]圖4給出了新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路在一個市電周期中的四種工作狀態(tài)。圖中實線表示當前時刻電流經(jīng)過的路徑，箭頭所指的方向表示逆變電流的方向。由于交流濾波電容Cf容值較小，一般只起到濾除高頻開關電流紋波的作用，在分析逆變電流走向時暫不考慮它的作用。
[0016]圖4 (a)表示在市電正半周時，工頻開關管Ql —直導通，工頻開關管Q2和高頻開關管Q3 —直斷開，當高頻開關管Q4導通時，逆變電流從直流母線電容C正極流出，經(jīng)過開關管Ql到上橋臂濾波電感，流經(jīng)市電后經(jīng)過下橋臂濾波電感，再經(jīng)過開關管Q4后返回直流母線電容C負極，形成一個完整的電感電流充電回路。
[0017]圖4(b)表示在市電正半周高頻開關管Q4關斷時，由于電感電流的方向不能突變，會繼續(xù)從開關管Ql通過上橋臂濾波電感流經(jīng)市電，通過下橋臂濾波電感經(jīng)過二極管D2后流回開關管Q1，形成一個完整的電感電流續(xù)流回路。[0018]圖4 (c)表不在市電負半周時，工頻開關管Q2 —直導通，工頻開關管Ql和聞頻開關管Q4 —直斷開，當高頻開關管Q3導通時，逆變電流從直流母線電容C正極流出，經(jīng)過開關管Q2到下橋臂濾波電感，流經(jīng)市電后經(jīng)過上橋臂濾波電感，再經(jīng)過開關管Q3后返回直流母線電容C負極，形成一個完整的電感電流充電回路。
[0019]圖4(d)表不在市電負半周聞頻開關管Q3關斷時，由于電感電流的方向不能突變，會繼續(xù)從開關管Q2通過下橋臂濾波電感流經(jīng)市電，通過上橋臂濾波電感再經(jīng)過二極管Dl后流回開關管Q2，形成一個完整的電感電流續(xù)流回路。
【權(quán)利要求】
1.新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路，主電路拓撲是由直流母線電容、兩個工頻開關管、兩個高頻開關管、兩個快恢復二極管和兩個濾波電感和一個容值較小的交流濾波電容組成，其特征是:在傳統(tǒng)全橋并網(wǎng)逆變電路的基礎上，添加了兩個快恢復二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路，其特征是:在采用單極性調(diào)制方式的全橋并網(wǎng)逆變電路的基礎上，兩個快恢復二極管分別并聯(lián)在兩個工頻開關管兩端，作為續(xù)流二極管，分別工作于市電正半周和負半周。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路，其特征是:四個開關管不需要強制帶內(nèi)置或外置的反向并聯(lián)二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型H4橋三電平并網(wǎng)逆變電路，其特征是:兩個濾波電感在任何時刻均同時工作。
【文檔編號】H02M7/521GK103580524SQ201210278882
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
【發(fā)明者】郭曉瑞 申請人:郭曉瑞