一種單相混合三電平并網逆變器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種單相混合三電平并網逆變器，包括一個輸入直流源部分（1），一個中點平衡電路（2），一個交流逆變部分（3），以及輸出濾波電路。當對漏電流大小要求較高場合時，通過控制交流逆變部分的輔助管的開關，實現共模漏電流抑制；當對輸出波形質量要求較高場合時，通過控制交流逆變部分的輔助管的開關以及第三橋臂的控制，減小輸出波形諧波分量，實現逆變器直流側的中點平衡。本實用新型的單相并網逆變器，能夠適應不同場合，開關管損耗均勻，實現寬功率因數調節，不同調制策略下的中點電位漂移抑制。
【專利說明】一種單相混合三電平并網逆變器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電力電子器件領域，尤其是一種單相混合三電平并網逆變器。
【背景技術】
[0002]近年來，三電平變換已成為直流到交流逆變器的研究與應用熱點，主要因為三電平變換相對兩電平具有耐壓等級高，輸出波形諧波含量小，效率高特點。二極管箝位型三電平拓撲結構因其結構簡單，技術成熟優點，得到廣泛應用。在中小功率場合，非隔離型并網逆變器因無需變壓器具有體積小，成本低，效率高優勢，但存在對地漏電流問題。針對非隔離單相并網逆變器漏電流問題，提出了改進的拓撲結構，典型的有H5拓撲，帶直流旁路全橋拓撲，帶交流旁路拓撲。專利CN101599713公開一種單相并網逆變器漏電流的方法，雖然能夠有效抑制共模電流，但是其逆變橋輸出波形Uab仍與單相全橋逆變器輸出波形相同，輸出波形質量不如傳統的混合三電平并網逆變器，沒有充分利用三電平拓撲結構的優勢。對于三電平變換器的中點平衡控制分為硬件和軟件方案，軟件方法抑制雖然節約了成本，但是算法復雜，抑制效果受功率因數和調制策略影響，增加輔助硬件的方案，雖然成本上沒有優勢，但控制簡單，有功無功可調，且不受調制方式影響。專利CN102104333公開了一種半橋三電平的中點平衡電路，有效抑制中點電位的偏移，專利CN102739100公開了一種基于’ T’字型的半橋三電平的中點平衡電路，減少了兩個二極管。但上述兩種拓撲結構都存在橋臂直通的隱患，專利US2011/0013438公開一種改進型的單相半橋三電平變換器拓撲，克服了傳統的三電 平橋臂直通問題，因此本發明將此拓撲結構應用于單相混合三電平并網逆變器的中點平衡中。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的問題，本實用新型提供了一種單相混合三電平并網逆變器。
[0004]本實用新型的技術解決方案是:一種單相混合三電平并網逆變器，包括一個輸入直流源部分1，一個中點平衡電路2，一個交流逆變部分3和輸出濾波電路。
[0005]所述輸入直流源部分包括:第一電解電容Cdl、第二電解電容Cd2串聯后與輸入直流源ud。并聯。
[0006]所述中點平衡電路包括:第一開關管Stll、第二開關管Stl2按發射極與集電極相連并與第三二極管D3陰極相連，第五二極管D5陰極與第一開關管^集電極相連并接至電源Udc正極，第三開關管Stl3、第四開關管Stl4按發射極與集電極相連并與第四二極管D4陽極相連，第六二極管D6陽極一端與第四開關管Stl4發射極相連并接至電源Udc負極，第五二極管D5陽極與第二電感L2 —端相連,第六二極管D6陰極與第一電感LI 一端相連,第一電感L1、第二電感L2 —端相連后與第三二極管D3陽極、第四二極管D4陰極相連并接至中點N。
[0007]所述交流逆變部分包括:第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4分別按發射極與集電極相連，第一二極管Dl陰極與不帶反相二極管的IGBT-S5的發射極相連后接至第一開關管SI的發射極，第二二極管D2陽極與不帶反相二極管的IGBT-S6的集電極相連后接至第四開關管S4的集電極，第一二極管Dl陽極與第二二極管D2陰極相連后接至中點N，第五開關管S5的集電極與第六開關管S6的發射極相連并接至第七開關管S7的發射極，第七開關管S7發射極與第八開關管S8的集電極相連，第一開關管S1、第七開關管S7集電極相連后接至電源Udc正極，第四開關管S4、第八開關管S8發射極相連后接至電源Ud。負極。
[0008]所述輸出濾波電路包括:第一濾波電感Lfl兩端分別與第一逆變橋輸出端A相連和濾波電容Cf 一端相連，第二濾波電感Lf2兩端分別與第二逆變橋輸出端B相連和濾波電容Cf另一端相連,濾波電容Cf兩端與電網Ug相連。
[0009]本實用新型的有益效果是:本實用新型的單相混合三電平并網逆變器，能夠適應不同場合，開關管損耗均勻，實現寬功率因數調節，不同調制策略下的中點電位漂移抑制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明電路圖。
[0011]圖2為本發明抑制漏電流下逆變橋的開關管的波形圖。
[0012]圖3是中點平衡電路中Stll, S02導通電流路徑示意圖。
[0013]圖4是中點平衡電路中Stll, S02關斷電流路徑不意圖。
[0014]圖5是中點平衡電路中Stl3, S04導通電流路徑示意圖。
[0015]圖6是中點平衡電路中Stl3, S04關斷電流路徑不意圖。
[0016]圖7是中點平衡電路中Stl2, S03導通電流路徑示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖，通過具體實施例對本實用新型技術方案做進一步的說明。
[0018]如圖1、圖2所示，圖1為本發明電路圖；圖2為本發明抑制漏電流下逆變橋的開關管的波形圖。
[0019]本實施例的單相混合三電平并網逆變器，包括一個輸入直流源部分1，一個中點平衡電路2，一個交流逆變部分3和輸出濾波電路。
[0020]交流逆變部分包括:第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4分別按發射極與集電極相連，第一二極管Dl陰極與不帶反相二極管的IGBT-S5的發射極相連后接至第一開關管SI的發射極，第二二極管D2陽極與不帶反相二極管的IGBT-S6的集電極相連后接至第四開關管S4的集電極，第一二極管Dl陽極與第二二極管D2陰極相連后接至中點N，第五開關管S5的集電極與第六開關管S6的發射極相連并接至第七開關管S7的發射極，第七開關管S7發射極與第八開關管S8的集電極相連，第一開關管S1、第七開關管S7集電極相連后接至電源Udc正極，第四開關管S4、第八開關管S8發射極相連后接至電源Udc負極；
[0021]輸出部分包括:第一濾波電感Lfl兩端分別與第一逆變橋輸出端A相連和濾波電容Cf 一端相連，第二濾波電感Lf2兩端分別與第二逆變橋輸出端B相連和濾波電容Cf另一端相連，濾波電容Cf兩端與電網Ug相連。[0022]當對漏電流要求較高場合時，交流逆變部分的輔助IGBT管第五開關管S5，第六開關管S6閉合，采用SPWM的控制方式，第一開關管SI?第八開關管S8波形圖如圖2所示，第三開關管S3在電網電壓正半周期內與第一開關管SI，第八開關管S8互補導通，第二開關管S2在電網電壓負半周期內與第四開關管S4，第七開關管S7互補導通。此時輸出共模電壓保持Udc/2不變，具有抑制共模漏電流特性。
[0023]如圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，圖3是中點平衡電路中Stll, Stl2導通電流路徑示意圖；圖4是中點平衡電路中Stll, S02關斷電流路徑不意圖；圖5是中點平衡電路中Stl3, S04導通電流路徑不意圖；圖6是中點平衡電路中Stl3, S04關斷電流路徑不意圖；圖7是中點平衡電路中Stl2, S03導通電流路徑示意圖。
[0024]中點平衡電路包括:第一開關管Stll，第二開關管Stl2按發射極與集電極相連并與第三二極管D3陰極相連，第五二極管D5陰極與第一開關管Stll集電極相連并接至電源Udc正極，第三開關管Stl3，第四開關管Stl4按發射極與集電極相連并與第四二極管D4陽極相連，第六二極管D6陽極一端與第四開關管Stl4發射極相連并接至電源Udc負極，第五二極管D5陽極與第二電感L2 —端相連,第六二極管D6陰極與第一電感LI 一端相連,第一電感L1、第二電感L2 —端相連后與第三二極管D3陽極、第四二極管D4陰極相連并接至中點N ；
[0025]當對輸出波形質量要求較高場合時，交流逆變部分的輔助IGBT管第五開關管S5，第六開關管S6斷開，逆變橋可采用SPWM調制方式或者SVPWM調制方式，通過獨立于逆變橋中點平衡電路，實現中點電位的平衡。當第二電解電容Cd2電壓小于第一電解電容Cdl電壓，達到設定壓差閾值時，第一開關管Stll,第二開關管Stl2導通，經第一電感LI，形成Boost電路，直流電源Ud。對第二電解電容Cd2充電，使得第二電解電容Cd2電位上升；第一開關管Stll,第二開關管Stl2關斷，第一電感LI通過第六二極管D6將剩余能量傳遞給第二電解電容Cd2，使得第二電解電容Cd2電位上升，因為直流源Ud。電壓不變，從而使第一電解電容Cdl電壓下降。同樣原理，控制第三開關管Stl3，第四開關管Stl4，經第二電感L2，可對第一電解電容Cdl充電；當中點電壓在允許偏差范圍內時，控制第二開關管Stl2，第三開關管Stl3導通，對正常的逆變電路沒有影響。
[0026]以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，并非以此限制本發明的實施范圍，凡熟悉此項技術者，運用本發明的原則及技術特征，所作的各種變更及裝飾，皆應涵蓋于本權利要求書所界定的保護范疇之內。
【權利要求】
1.一種單相混合三電平并網逆變器，其特征在于:包括一個輸入直流源部分(I)，一個中點平衡電路(2 )，一個交流逆變部分(3 )和輸出濾波電路； 所述輸入直流源部分包括:第一電解電容(Cdl)、第二電解電容(Cd2)串聯后與輸入直流源(Udc)并聯； 所述中點平衡電路包括:第一開關管(Stll)、第二開關管(Stl2)按發射極與集電極相連并與第三二極管(D3)陰極相連，第五二極管(D5)陰極與第一開關管(Stll)集電極相連并接至電源(Ud。)正極，第三開關管(U、第四開關管(Stl4)按發射極與集電極相連并與第四二極管(D4)陽極相連，第六二極管(D6)陽極一端與第四開關管(Stl4)發射極相連并接至電源(Ud。)負極，第五二極管(D5)陽極與第二電感(L2) —端相連，第六二極管(D6)陰極與第一電感(LI) 一端相連，第一電感(LI)、第二電感(L2) —端相連后與第三二極管(D3)陽極、第四二極管(D4)陰極相連并接至中點(N)。
2.根據權利要求1所述的單相混合三電平并網逆變器，其特征在于:所述交流逆變部分包括:第一開關管(SI)、第二開關管(S2)、第三開關管(S3)、第四開關管(S4)分別按發射極與集電極相連，第一二極管(Dl)陰極與不帶反相第五二極管的IGBT (S5)的發射極相連后接至第一開關管(SI)的發射極，第二二極管(D2)陽極與不帶反相第六二極管的IGBT(S6)的集電極相連后接至第四開關管(S4)的集電極，第一二極管(Dl)陽極與第二二極管(D2)陰極相連后接至中點(N)，第五開關管(S5)的集電極與第六開關管(S6)的發射極相連并接至第七開關管(S7 )的發射極，第七開關管(S7 )發射極與第八開關管(S8 )的集電極相連，第一開關管(SI)、第七開關管(S7)集電極相連后接至電源(Ud。)正極，第四開關管(S4)、第八開關管(S8)發射極相連后接至電源(Ud。)負極。
3.根據權利要求1所述的單相混合三電平并網逆變器，其特征在于:所述輸出濾波電路包括:第一濾波電感(Lfl)兩端分別與第一逆變橋輸出端(A)相連和濾波電容(Cf) 一端相連，第二濾波電感(Lf2)兩端分別與第二逆變橋輸出端(B)相連和濾波電容(Cf)另一端相連，濾波電容(Cf)兩端與電網(Ug)相連。
【文檔編號】H02M7/487GK203747686SQ201420071879
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】張海波, 王杰, 孫邦伍, 王兆明 申請人:南京冠亞電源設備有限公司