專利名稱：一種單相混合橋三電平逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流一交流逆變技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單相三電平逆變器。
背景技術(shù)：
隨著世界各國對新能源開發(fā)和應(yīng)用的重視，基于光伏等新能源的發(fā)電 技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中， 一般通過并網(wǎng)逆 變器將光伏陣列發(fā)出的直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔芄┙o負(fù)載或者并入電網(wǎng)。 市場上大量的并網(wǎng)逆變器的輸出側(cè)都帶有工頻變壓器，實現(xiàn)電氣隔離和電 壓匹配等功能，然而工頻變壓器的存在大大增加了并網(wǎng)逆變器的體積和重 量，不適合于中小功率場合應(yīng)用；并且在采用常規(guī)無工頻變壓器的逆變拓 撲中，由于電網(wǎng)的零線與光伏陣列存在直接的電氣連接，而光伏陣列存在 較大的對地分布電容，這些對地分布電容、逆變橋和濾波元件通過電網(wǎng)與 大地構(gòu)成共模諧振回路，變化的共模電壓將在共模諧振回路中激勵出較大 的共模電流即對地漏電流，增加了系統(tǒng)損耗，降低了設(shè)備的安全性。
為了抑制并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中的對地漏電流，常用的方法是在共模諧振回 路中加入共模濾波器，可有效抑制對地漏電流，但共模濾波器會增加設(shè)備 的體積和重量。專利CN1375卯2公開了一種逆變器的漏電流抑制方法，需 要增加一級DC-DC變換器和相關(guān)的檢測與控制電路，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性 和成本，降低了系統(tǒng)效率和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種單相混合橋三電平逆變器，適用于無變壓 器型光伏并網(wǎng)逆變器等對漏電流大小限制較嚴(yán)格的逆變電源系統(tǒng)。
一種單相混合橋三電平逆變器，其特征在于，第一，二電解電容d， C2串接，第一 第四開關(guān)管T, T4依次按照發(fā)射極連接集電極的方式串接，
第五，六開關(guān)管Ts， T6按照發(fā)射極連接集電極的方式串接；第一電解電容
橋Q的正極連接第一開關(guān)管1\和第五開關(guān)管Ts的集電極，第二電解電容
C2的負(fù)極連接第四開關(guān)管T4和第六開關(guān)管T6的發(fā)射極；
兩電解電容Q， C2的相接點連接第一二極管D,的陽極，第一二極管 D,的陰極連接第一，二開關(guān)管T,， T2的相接點，兩電解電容C,， C2的相接 點還連接第二二極管D2的陰極，第二二極管D2的陽極連接第三，四開關(guān)
管丁3， T4的相接點；第五，六開關(guān)管Ts， T6的相接點連接第三二極管D3
的陽極，第三二極管D3的陰極連接第一，二開關(guān)管T,， T2的相接點，第五， 六開關(guān)管Ts， T6的相接點連接第四二極管D4的陰極，第四二極管D4的陽
極連接第三，四開關(guān)管丁3， T4的相接點；第二，三開關(guān)管T2， T3的相接點 和第五，六開關(guān)管T5， T6的相接點分別連接輸出濾波器的兩個輸入端。
本發(fā)明提供了一種能有效抑制對地漏電流的單相混合橋三電平逆變
器，與常規(guī)具有漏電流抑制功能的逆變器相比具有以下優(yōu)點
(1)理論漏電流為零的，適合于無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器等對漏電
流大小限制較嚴(yán)格的逆變電源系統(tǒng)；(2) 單相混合橋三電平逆變器的橋臂輸出電壓含有三種電平狀態(tài)，在 相同開關(guān)頻率條件下，具有更好的輸出波形質(zhì)量；
(3) 無需增加額外的檢測和控制電路，系統(tǒng)簡潔、成本低。
圖1為單相混合橋三電平逆變器的主電路拓?fù)鋱D； 圖2為單相混合橋三電平逆變器的調(diào)制方法示意圖； 圖3為單相混合橋三電平逆變器關(guān)鍵波形示意圖。
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明提供的單相混合橋三電平逆變器，包括六個開關(guān)管T, T6，四個二極管D, D4，兩個電解電容C,和C2， 一個電感Lf和一個交流 濾波電容Cf，其中T, T4， C" C2， D。 D2構(gòu)成一個二極管中點箝位的三 電平單相變換單元，T5， T6， Q和C2構(gòu)成一個單相半橋變換單元，D3與 D4的串聯(lián)支路與D，和D2的串聯(lián)支路并聯(lián)，D3與D4的中點與T5和丁6橋臂 的中點相連接。逆變橋臂的輸出經(jīng)過Lf和Cf構(gòu)成的LC濾波器接入電網(wǎng)。 單相混合橋三電平逆變器的輸入為電壓為Vb的蓄電池組，由多節(jié)鉛酸蓄電 池串聯(lián)而成，蓄電池組的額定電壓必須高于電網(wǎng)電壓的峰值。
單相混合橋三電平逆變器的開關(guān)頻率可綜合考慮系統(tǒng)容量、開關(guān)管和 散熱等因素合理選取，其調(diào)制方法的示意圖如圖2。由圖可見，T,的驅(qū)動信 號的正半波由正弦調(diào)制波的正半波與三角載波比較形成，驅(qū)動信號的負(fù) 半波恒為低；丁6與T,的驅(qū)動信號完全相同；丁3與T,的驅(qū)動信號互補(bǔ)；T4的驅(qū)動信號的正半波恒為低，負(fù)半波由正弦調(diào)制波負(fù)半波的絕對值與三角 載波比較形成；T5與T4的驅(qū)動信號完全相同；T2與T4的驅(qū)動信號互補(bǔ)。圖
、
2中VpwM為正弦調(diào)制波Vr與三角載波Ve比較形成的SPWM波，Vto為與 調(diào)制波同步的工頻方波，調(diào)制波處于正半波時Vdir為高電平，調(diào)制波處于負(fù) 半波時，調(diào)制波Vdir為低電平。T!與T6的驅(qū)動波形可由Vpwm與V他通過邏
輯與運(yùn)算得到，丁4與Ts的驅(qū)動波形可由Vpwm與Vdir的非信號通過邏輯與
運(yùn)算得到，T2的驅(qū)動信號可由T4的驅(qū)動信號通過邏輯非運(yùn)算得到，T3的驅(qū)
動信號可由1的驅(qū)動信號通過邏輯非運(yùn)算得到。
根據(jù)上述驅(qū)動方式，單相混合橋三電平逆變器在工作過程中包含三種 開關(guān)模態(tài)-
模態(tài)l: T卩丁2和丁6導(dǎo)通，T3， T4和T5關(guān)斷，逆變橋輸出VAB=Vb， 此時拓?fù)涞墓材ｋ妷簽?br>
cm 2 2 2
模態(tài)2: T2和T3導(dǎo)通，TV T4， T5和T6關(guān)斷，逆變橋輸出Vab=0，此
時Vaq和VBo的電壓均被C,、 C2、 D,和D2箝位到Vb/2，因此拓?fù)涞墓材?br>
電壓為
tm 2 2 2
模態(tài)3: T3， T4和Ts導(dǎo)通，T,， T2和T6關(guān)斷，逆變橋輸出VAB=-Vb，
此時拓?fù)涞墓材ｋ妷簽?br>
「= +4) =0 + ^—6
cm — 2 一 2 2 J 單相混合橋式三電平逆變拓?fù)漭敵龊蠽b， O和-Vb三種電平狀態(tài)，當(dāng)
輸出處于正半波時，拓?fù)涮幱谀B(tài)1和模態(tài)2交替運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)輸出處于負(fù)半波時，拓?fù)涮幱谟赡B(tài)2和模態(tài)3交替運(yùn)行狀態(tài)。由式(1)至式(3) 可以看出，系統(tǒng)的瞬時共模電壓恒定為Vb/2，理論上無漏電流。圖3為單 相混合橋三電平逆變器的關(guān)鍵波形，圖中從上至下分別為橋臂輸出電壓 Vab，輸出電流ig和共模電壓Vem，由圖3可以看出單相混合橋三電平逆變 器的橋臂輸出電壓具有Vb， O和-Vb三種電平狀態(tài)，且瞬時共模電壓為恒定 值，不會在共模諧振回路中激勵出共模電流即對地漏電流。
權(quán)利要求
1、一種單相混合橋三電平逆變器，其特征在于，第一，二電解電容(C1，C2)串接，第一～第四開關(guān)管(T1～T4)依次按照發(fā)射極連接集電極的方式串接，第五，六開關(guān)管(T5，T6)按照發(fā)射極連接集電極的方式串接；第一電解電容橋(C1)的正極連接第一開關(guān)管(T1)和第五開關(guān)管(T5)的集電極，第二電解電容(C2)的負(fù)極連接第四開關(guān)管(T4)和第六開關(guān)管(T6)的發(fā)射極；兩電解電容(C1，C2)的相接點連接第一二極管(D1)的陽極，第一二極管(D1)的陰極連接第一，二開關(guān)管(T1，T2)的相接點，兩電解電容(C1，C2)的相接點還連接第二二極管(D2)的陰極，第二二極管(D2)的陽極連接第三，四開關(guān)管(T3，T4)的相接點；第五，六開關(guān)管(T5，T6)的相接點連接第三二極管(D3)的陽極，第三二極管(D3)的陰極連接第一，二開關(guān)管(T1，T2)的相接點，第五，六開關(guān)管(T5，T6)的相接點連接第四二極管(D4)的陰極，第四二極管(D4)的陽極連接第三，四開關(guān)管(T3，T4)的相接點；第二，三開關(guān)管(T2，T3)的相接點和第五，六開關(guān)管(T5，T6)的相接點分別連接輸出濾波器的兩個輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單相混合橋三電平逆變器，包括六個開關(guān)管T<sub>1</sub>～T<sub>6</sub>，四個二極管D<sub>1</sub>～D<sub>4</sub>，兩個電解電容C<sub>1</sub>和C<sub>2</sub>，一個輸出濾波器，其中T<sub>1</sub>～T<sub>4</sub>，C<sub>1</sub>，C<sub>2</sub>，D<sub>1</sub>，D<sub>2</sub>構(gòu)成一個二極管中點箝位的三電平單相變換單元，T<sub>5</sub>，T<sub>6</sub>，C<sub>1</sub>和C<sub>2</sub>構(gòu)成一個單相半橋變換單元，D<sub>3</sub>與D<sub>4</sub>的串聯(lián)支路與D<sub>1</sub>和D<sub>2</sub>的串聯(lián)支路并聯(lián)，D<sub>3</sub>與D<sub>4</sub>的中點與T<sub>5</sub>和T<sub>6</sub>橋臂的中點相連接。本發(fā)明有效抑制逆變器的對地漏電流，具有效率高，調(diào)制方法簡單的優(yōu)點，適用于無變壓器型光伏并網(wǎng)逆變器等對漏電流大小限制較嚴(yán)格的逆變電源系統(tǒng)。
文檔編號H02M7/537GK101599713SQ200910063079
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者劉邦銀, 勇 康, 段善旭 申請人:華中科技大學(xué)