逆變單元及其控制方法、逆變器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種逆變單元及其控制方法，和包括所述逆變單元的逆變器。
【背景技術】
[0002]隨著傳統能源的日益減少，電力系統正面臨巨大的變革。光伏發電、風力發電等技術因具有不消耗燃料、無噪聲、無污染和可持續性發展等優勢已經成為未來電力系統的發展方向。
[0003]并網逆變器作為光伏發電系統與電網接口的核心設備，對其結構與控制方法的研究在提高電力系統的發電效率、降低成本等方面具有極其重要的意義。其中，多電平逆變器因具有輸出電壓諧波小、電磁干擾小，能提高電源質量，減小濾波器體積和控制產生的高次諧波等諸多優勢，廣泛應用于高壓大功率場合。但是，由于現有的二極管鉗位型五電平逆變器需要采用數量較多的箝位二極管，現有的電容飛跨型五電平逆變器控制復雜，現有的H橋級聯型五電平逆變器需要采用數量較多的獨立直流電源(其中每個H橋模塊都需要采用獨立的直流電源)，因而抑制了五電平逆變器在實際生產中的推廣和使用。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中所存在的上述缺陷，提供一種不需采用箝位二極管、不需采用數量較多的獨立直流電源，且控制簡單的逆變單元及其控制方法，和包括所述逆變單元的逆變器。
[0005]解決本發明技術問題所采用的技術方案是:
[0006]所述逆變單元包括母線電容C1、母線電容C2、母線電容C3、晶體管S1至晶體管S1Q、分別與晶體管S1至晶體管Si。反向并聯的二極管D1至二極管D1(]，以及飛跨電容Cph，
[0007]所述母線電容C1、母線電容C2和母線電容C3依次串聯，且母線電容C1的正極端與直流電源的正極端連接，母線電容C3的負極端與直流電源的負極端連接；
[0008]所述晶體管S1的集電極分別與母線電容C1的負極端和母線電容C2的正極端連接，所述晶體管S1的發射極與晶體管S2的發射極連接，所述晶體管S5的集電極與母線電容C1的正極端連接，所述晶體管S2的集電極和晶體管S5的發射極均與晶體管S7的集電極連接，所述晶體管S7的發射極和晶體管S9的集電極均與飛跨電容Cph的正極端連接，所述晶體管
S3的集電極分別與母線電容C2的負極端和母線電容C3的正極端連接，所述晶體管S3的發射極與晶體管S4的發射極連接，所述晶體管S6的發射極與母線電容C3的負極端連接，所述晶體管S4的集電極和晶體管S6的集電極均與晶體管S8的發射極連接，所述晶體管S8的集電極和晶體管Si。的發射極均與飛跨電容Cph的負極端連接，所述晶體管S9的發射極和晶體管Si。的集電極均與交流輸出節點連接，
[0009]所述母線電容C1、母線電容C3和飛跨電容Cph兩端的電壓值均為Vd。，所述母線電容C2兩端的電壓值為2Vd。，且所述直流電源兩端的電壓值為4Vdc。
[0010]本發明還提供上述逆變單元的控制方法，所述控制方法為:
[0011]對所述逆變單元中的各個半導體元器件進行導通或關斷控制，以使所述逆變單元的輸出電壓值分別為2Vd。、Vdc,O,-Vdc和-2Vd。，所述逆變單元的輸出電壓值為所述交流輸出節點與中性點之間的電壓差。
[0012]本發明還提供一種逆變器，包括三相逆變單元，其中每相逆變單元均采用上述逆變單元。
[0013]有益效果:
[0014]本發明所述逆變器在單相和多相應用時，與現有技術相比，采用的半導體元器件較少，尤其不需采用箝位二極管，而且只需采用一個獨立的直流電源，因而極大地減小了逆變器的體積和成本，同時也降低了逆變器的損耗，提高了逆變器的效率；
[0015]本發明所述逆變器的控制方式簡單、易行，便于推廣和使用；
[0016]本發明所述逆變器尤其適用于高電壓、大功率的應用場合。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例1所述逆變單元的拓撲結構圖；
[0018]圖2至圖9依次為圖1所示逆變單元處于第一工作模態至第八工作模態的等效電路圖；
[0019]其中，圖2至圖9的A圖對應電流由逆變單元流向交流負載，圖2至圖9的B圖對應電流由交流負載流向逆變單元；
[0020]圖10為本發明實施例1所述逆變器的三相拓撲結構圖；
[0021]圖11為圖1所示逆變單元的擴展結構示意圖；
[0022]圖12為本發明實施例2所述逆變單元的拓撲結構圖；
[0023]圖13為本發明實施例2所述逆變器的三相拓撲結構圖；
[0024]圖14為圖12所示逆變單元的擴展結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0026]實施例1:
[0027]如圖1所示，本實施例提供一種逆變單元，其包括母線電容C1、母線電容C2、母線電容C3、晶體管S1至晶體管S1。、分別與晶體管S1至晶體管Sw反向并聯的二極管D1至二極管D1。，以及飛跨電容Cph。
[0028]其中，所述母線電容C1、母線電容C2和母線電容C3依次串聯，且母線電容C1的正極端與直流電源(圖1中未示出)的正極端連接，母線電容C3的負極端與直流電源的負極端連接；
[0029]所述晶體管S1的集電極分別與母線電容C1的負極端和母線電容C2的正極端(即圖1中的M2端)連接，所述晶體管S1的發射極與晶體管S2的發射極連接，所述晶體管S5的集電極與母線電容C1的正極端(即圖1中的Ml端)連接，所述晶體管S2的集電極和晶體管S5的發射極均與晶體管S7的集電極連接，所述晶體管S7的發射極和晶體管S9的集電極均與飛跨電容Cph的正極端連接，所述晶體管S3的集電極分別與母線電容C2的負極端和母線電容C3的正極端(即圖1中的M3端)連接，所述晶體管S3的發射極與晶體管S4的發射極連接，所述晶體管S6的發射極與母線電容C3的負極端(即圖1中的M4端)連接，所述晶體管S4的集電極和晶體管S6的集電極均與晶體管S8的發射極連接，所述晶體管S8的集電極和晶體管Sw的發射極均與飛跨電容Cph的負極端連接，所述晶體管S9的發射極和晶體管S10的集電極均與交流輸出節點A連接，
[0030]所述母線電容C1、母線電容C3和飛跨電容Cph兩端的電壓值均為Vd。，所述母線電容(:2兩端的電壓值為2Vd。，且所述直流電源兩端的電壓值為4Vd。。
[0031]優選地，本實施例中所采用的晶體管均為絕緣柵雙極型晶體管。
[0032]本實施例中所采用的每個晶體管及與其反向并聯的二極管可只采用一組(如圖1所示)。優選地，本實施例中所采用的每個晶體管及與其反向并聯的二極管也可采用至少兩組，且該至少兩組晶體管及與其反向并聯的二極管采用串聯和/或并聯的連接方式，當該至少兩組晶體管及與其反向并聯的二極管依次串聯時，可使所述逆變單元實現更高的電壓輸出，進而能夠應用于中、高壓領域。這里，至少兩組晶體管及與其反向并聯的二極管串聯和/或并聯指的是，該至少兩組晶體管及與其反向并聯的二極管依次串聯，或者該至少兩組晶體管及與其反向并聯的二極管之間均并聯，或者某些組晶體管及與其反向并聯的二極管并聯后再與其余組晶體管及與其反向并聯的二極管串聯。
[0033]本實施例中所采用的母線電容C1、母線電容C2、飛跨電容Cph可分別只采用一個電容(如圖1所示)。優選地，本實施例中所采用的母線電容C1、母線電容C2、母線電容C3、飛跨電容Cph也可分別由至少兩個子電容串聯和/或并聯組成，以滿足實際工程應用。這里，至少兩個子電容串聯和/或并聯指的是，該至少兩個子電容依次串聯，或者該至少兩個子電容之間均并聯，或者某些子電容并聯后再與其余子電容串聯。例如，母線電容C1包括四個子電容，分別為子電容Cu、子電容C12、子電容C13和子電容C14，可使該四個子電容依次串聯，或者使該四個子電容并聯，或者使子電容C11和子電容C12并聯，子電容C13和子電容C14并聯，且并聯后的子電容C11和子電容C12再與并聯后的子電容C13和子電容C14串聯，或者使子電容cn、子電容C12和子電容C13并聯后再與子電容C14串聯,等等。
[0034]本實施例還提供上述逆變單元的控制方法,該控制方法為:對所述逆變單元的晶體管S1至晶體管Si。中的任意多個進行導通或關斷控制，以使所述逆變單元的輸出電壓值分別為2V&、V&、0、-Vd