本發(fā)明屬于并網(wǎng)逆變器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種交錯并聯(lián)逆變器。

背景技術(shù)：

并網(wǎng)逆變器是實(shí)現(xiàn)新能源接入電網(wǎng)的重要接口，能夠?qū)崿F(xiàn)直流逆變到交流，將能量從直流側(cè)傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。現(xiàn)有的并網(wǎng)逆變器通常采用一個全橋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)拓?fù)浜唵危刂品桨赋墒?，但是受器件的限制，功率往往不大。為了獲得更大的功率，采用多個橋逆變電路的輸出并聯(lián)的方式，不但可以提高功率，還可以提高設(shè)備的可靠性。

常規(guī)的并聯(lián)方式中，每個橋逆變電路相同相的開關(guān)管具有相同的驅(qū)動信號，輸出相同的波形，通過輸出電感并聯(lián)到一起。這種控制方法下，設(shè)備的開關(guān)頻率不高，為了滿足諧波要求，需要連接感值比較大的濾波電感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種多相橋逆變電路交錯并聯(lián)的并網(wǎng)逆變器，旨在提高輸出電流紋波的頻率以減小輸出濾波電感的感值，并且使濾波電感的設(shè)計更靈活自由。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種交錯并聯(lián)逆變器，包括：A相橋逆變電路、B相橋逆變電路、C相橋逆變電路、A相耦合電感、B相耦合電感、C相耦合電感；A相橋逆變電路的輸入端、B相橋逆變電路的輸入端、C相橋逆變電路的輸入端均并聯(lián)在直流母線兩端；A相橋逆變電路的輸出端與A相耦合電感的輸入端連接，B相橋逆變電路的輸出端與B相耦合電感的輸入端連接，C相橋逆變電路的輸出端與C相耦合電感的輸入端連接；A相耦合電感的輸出端、B相耦合電感的輸出端和C相耦合電感的輸出端均與電網(wǎng)連接；A相橋逆變電路、B相橋逆變電路和C相橋逆變電路的結(jié)構(gòu)相同，均包括M個橋臂，且A相橋逆變電路、B相橋逆變電路和C相橋逆變電路各自的橋臂驅(qū)動信號的載波相差360°/M；M為大于等于3的整數(shù)。

更進(jìn)一步地，A相耦合電感、B相耦合電感和C相耦合電感的結(jié)構(gòu)相同。這種相同的結(jié)構(gòu)方便耦合電感的設(shè)計與制作，也能使得逆變器的電感參數(shù)和特性保持對稱相同，能在三相電網(wǎng)下獲得對稱的A、B、C三相輸出特性。

更進(jìn)一步地，A相耦合電感包括：(M+2)柱的磁芯，其中M柱設(shè)置在中間，2柱分別設(shè)置在兩側(cè)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計首先能滿足耦合電感的功能實(shí)現(xiàn)。位于中部的M柱上的繞組用于獲得耦合電感，這個耦合電感與對應(yīng)的M個橋臂中點(diǎn)相連接，解決交錯并聯(lián)所附帶的環(huán)流問題。因?yàn)榻诲e并聯(lián)與常規(guī)并聯(lián)不同，M個橋臂的輸出并不是完全相同的波形，存在電壓差。因此需要比較大的耦合電感來阻止電壓差導(dǎo)致的橋臂間的環(huán)流。將M柱集中在中部，具有對稱性，可以使每柱的耦合電感一致。而外側(cè)的2柱是用于集成輸出電感。輸出電感是用于濾除M個橋臂總和的輸出電流的紋波。只需要比較小的值即可，因此需要在兩側(cè)柱上開氣隙。將這2柱放在兩側(cè)，即考慮了功能上實(shí)現(xiàn)的需求，也顧及了工藝上的方便實(shí)現(xiàn)。

更進(jìn)一步地，中間M柱的寬度相等，兩側(cè)兩柱寬度相等，且中間M柱中任意一柱的寬度是兩側(cè)任意一柱寬度的兩倍。這種寬度上的設(shè)計使得耦合電感能夠方便的利用現(xiàn)有的磁芯拼接而成。比如E型磁芯的中柱寬度是邊柱的兩倍，將E性磁芯邊柱挨著邊柱并成一排，可以滿足耦合電感所需的寬度要求。

更進(jìn)一步地，中間M柱具有相同的匝數(shù)，兩側(cè)兩柱具有相同的匝數(shù)。中間M柱采用相同的匝數(shù)，可以使得每柱的耦合電感一致，保證電路的對稱性。兩側(cè)兩柱用于集成輸出電感，采用相同的匝數(shù)，可以使得整個耦合電感的磁特性對稱。此外，需要集成的輸出電感也會平均分配到兩柱。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得耦合電感的發(fā)熱更均勻，M柱的耦合電感感值偏差更小。

更進(jìn)一步地，在外側(cè)兩柱上均設(shè)置有氣隙，且在中間M柱上不開氣隙。中間M柱用于獲得耦合電感，耦合電感的感值比較大，因此不開氣隙而保持比較低的磁阻。外側(cè)兩柱用于集成輸出濾波電感，感值小，因此需要開氣隙，獲得比較大的磁阻。

更進(jìn)一步地，磁芯為標(biāo)準(zhǔn)E型或U型磁芯組合拼接而成。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用的是交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每相的三個并聯(lián)橋臂的驅(qū)動信號的載波互差360°/M，輸出紋波頻率是開關(guān)頻率的M倍，所需的輸出濾波電感的設(shè)計感值可減小到原先的1/M。設(shè)計的耦合電感集成了輸出濾波電感，輸出濾波電感的感值可以通過兩個邊柱的氣隙大小和繞線匝數(shù)同時調(diào)節(jié)，感值設(shè)計更靈活自由。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路原理圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的電路原理圖。

圖3是本發(fā)明的載波移相的PWM波調(diào)制過程圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的載波移相的PWM波調(diào)制過程圖。

圖5是本發(fā)明的耦合電感結(jié)構(gòu)圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例的耦合電感結(jié)構(gòu)圖。

圖7是本發(fā)明M＝4時的耦合電感結(jié)構(gòu)圖。

圖8是本發(fā)明M＝5時的耦合電感結(jié)構(gòu)圖。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例的輸出電流紋波圖。

圖10(a)是本發(fā)明實(shí)施例的輸出電壓波形圖。圖10(b)是本發(fā)明實(shí)施例的輸出電流波形圖。

圖中11為A相橋逆變電路，12為B相橋逆變電路，13為C相橋逆變電路，21為A相耦合電感，22為B相耦合電感，23為C相耦合電感。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供的三相橋逆變電路交錯并聯(lián)的并網(wǎng)逆變器，包括A相橋逆變電路11、B相橋逆變電路12、C相橋逆變電路13、A相耦合電感21、B相耦合電感22、C相耦合電感23。

其中：A相橋逆變電路、B相橋逆變電路、C相橋逆變電路的輸入端并聯(lián)在直流母線兩端，輸出端分別與A相耦合電感的輸入端、B相耦合電感的輸入端、C相耦合電感的輸入端連接。A相耦合電感的輸出端、B相耦合電感的輸出端、C相耦合電感的輸出端與電網(wǎng)連接。

A相橋逆變電路、B相橋逆變電路、C相橋逆變電路有M個橋臂，M不少于3。A相橋逆變電路、B相橋逆變電路、C相橋逆變電路各自的橋臂驅(qū)動信號的載波差360°/M。

本發(fā)明采用多相橋逆變電路交錯并聯(lián)，對于M相交錯并聯(lián)，也即有M個橋臂的橋逆變電路，可以使輸出電流的紋波頻率增大為M倍的開關(guān)頻率。在常規(guī)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，M個橋臂的輸出電流波形均為正弦電流帶著開關(guān)頻率的三角波，三角波的位置與大小均一致，并聯(lián)后只是簡單的疊加。而在交錯并聯(lián)電路中，M個橋臂的驅(qū)動波形的載波差360°/M。每個橋臂的輸出電流仍然是正弦電流帶著開關(guān)頻率的三角波，但是與并聯(lián)不同，每個橋臂的三角波大小相同，位置上卻互差360°/M。這樣的M個輸出電流波形疊加后，正弦波形仍然疊加成正弦波形，而三角波疊加后就會形成M倍頻率的三角波。也就是說開關(guān)頻率的電流紋波變成了M倍開關(guān)頻率的紋波了。而輸出電感的感值大小直接受開關(guān)頻率大小的影響。開關(guān)頻率增大M被，所需的輸出濾波電感感值就可以減小到原先的1/M。而電感感值變小，電感的體積重量都會大大減小。

在本發(fā)明實(shí)施例中，A相耦合電感，B相耦合電感、C相耦合電感具有相同的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為M+2柱的磁芯。其中中間M柱的寬度是外側(cè)兩個柱的兩倍。中間M柱具有相同的匝數(shù)，外側(cè)兩柱具有相同的匝數(shù)。外側(cè)兩柱開氣隙，中間M柱不開氣隙。磁芯可以由現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)E、U型磁芯組合拼接而成。

在本發(fā)明實(shí)施例中，耦合電感集成了輸出濾波電感，可以通過調(diào)節(jié)氣隙大小和獨(dú)立的繞線匝數(shù)調(diào)節(jié)輸出濾波電感感值，感值的設(shè)計更靈活。增加繞線匝數(shù)和減小氣隙都能夠使得輸出濾波電感感值增大。理論上通過任意一種方式都可以增大輸出濾波電感。但是需要注意這兩種行為都會使得磁密發(fā)生變化，需要合理的平衡氣隙大小與繞線匝數(shù)。這個中間的平衡過程參照常規(guī)的電感設(shè)計方法。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用的是交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每相的三個并聯(lián)橋臂的驅(qū)動信號的載波互差360°/M，輸出紋波頻率是開關(guān)頻率的M倍，所需的輸出濾波電感的設(shè)計感值可減小到原先的1/M。設(shè)計的耦合電感集成了輸出濾波電感，輸出濾波電感的感值可以通過兩個邊柱的氣隙大小和繞線匝數(shù)同時調(diào)節(jié)，感值設(shè)計更靈活自由。

下面結(jié)合圖1-10詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明以三相交錯并聯(lián)的并網(wǎng)逆變器為例，對本發(fā)明加以解釋。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的電路原理圖。本發(fā)明所述一種三相橋逆變電路交錯并聯(lián)的并網(wǎng)逆變器包括A相橋逆變電路11、B相橋逆變電路12、C相橋逆變電路13、A相耦合電感21、B相耦合電感22、C相耦合電感23。

其中：A相橋逆變電路、B相橋逆變電路、C相橋逆變電路的輸入端并聯(lián)在直流母線兩端，輸出端分別與A相耦合電感的輸入端、B相耦合電感的輸入端、C相耦合電感的輸入端連接。A相耦合電感的輸出端、B相耦合電感的輸出端、C相耦合電感的輸出端與電網(wǎng)連接。

A相橋逆變電路、B相橋逆變電路、C相橋逆變電路各自的橋臂驅(qū)動信號的載波差120°。三相的橋逆變電路用于將直流電壓轉(zhuǎn)換成為高頻的交流電壓。

A相耦合電感、B相耦合電感和C相耦合電感用于解決交錯并聯(lián)過程的環(huán)流問題。它們的特點(diǎn)是對環(huán)流能夠表現(xiàn)出很大的感抗，對輸出電流只表現(xiàn)出輸出濾波電感的感抗，濾除輸出電流中的高頻諧波。

在圖4所示實(shí)施例中展示了三相全橋交錯并聯(lián)的并網(wǎng)變流器的驅(qū)動PWM波生成原理。A相調(diào)制波、B相調(diào)制波、C相調(diào)制波是控制算法的輸出結(jié)果，最終A相橋逆變電路11、B相橋逆變電路12、C相橋逆變電路13會根據(jù)調(diào)制波分別產(chǎn)生對應(yīng)的A相電壓、B相電壓、C相電壓。載波用于對調(diào)制波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生能用于驅(qū)動電力開關(guān)器件的PWM波。在普通的逆變器中，只有一種載波，一般是一個三角波，三角波的頻率與開關(guān)頻率一致。在所提的實(shí)施例中，有三個載波，分別是載波1、載波2、載波3。以A相為例，說明PWM波的產(chǎn)生過程。載波1、載波2和載波3分別與A相調(diào)制波做運(yùn)算。當(dāng)調(diào)制波大于載波時，輸出為高電平，反之為低電平。載波1與A相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動A相橋逆變電路11的第一橋臂，即第一與第二電力開關(guān)器件；載波2與A相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動A相橋逆變電路11的第二橋臂，即第三與第四電力開關(guān)器件；載波3與A相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動A相橋逆變電路11的第三橋臂，即第五與第六電力開關(guān)器件。同理，載波1與B相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動B相橋逆變電路12的第一橋臂，即第七與第八電力開關(guān)器件；載波2與B相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動B相橋逆變電路12的第二橋臂，即第九與第十電力開關(guān)器件；載波3與B相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動B相橋逆變電路12的第三橋臂，即第十一與第十二電力開關(guān)器件。載波1與C相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動C相橋逆變電路13的第一橋臂，即第十三與第十四電力開關(guān)器件；載波2與C相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動C相橋逆變電路13的第二橋臂，即第十五與第十六電力開關(guān)器件；載波3與C相調(diào)制波的運(yùn)算結(jié)果，用于驅(qū)動C相橋逆變電路13的第三橋臂，即第十七與第十八電力開關(guān)器件。若為M相交錯并聯(lián)的逆變器，那么有M個載波，每個載波互差360°/M。多相交錯并聯(lián)逆變器的PWM波調(diào)制過程如圖3所示。

如圖5所示，為設(shè)計的耦合電感，這個電感對于環(huán)流能表現(xiàn)出很大的感抗，但是對于輸出電流則只有輸出濾波電感的感抗，在抑制環(huán)流的同時又能不影響輸出電流。圖5所示的耦合電感，具有M個相同的中柱，兩個相同的邊柱。其中M個中柱的匝數(shù)相同，兩個邊柱的匝數(shù)相同。邊柱開氣隙。所述的耦合電感可以用標(biāo)準(zhǔn)的E型磁芯或U型磁芯拼接而成。

在本實(shí)施例中，M＝3，即3相交錯并聯(lián)，所述耦合電感的結(jié)構(gòu)如圖6所示。用四個EE型磁芯組合而成。中部三個柱的出線與A相橋逆變電路11三個橋臂的中點(diǎn)連接，外側(cè)兩柱的出線連接在一起后與電網(wǎng)連接。在本實(shí)例中，三個中柱的繞組匝數(shù)與兩個邊柱的繞組匝數(shù)比例為3:2。三個中柱不開氣隙，兩個邊柱開氣隙。圖7和圖8給出了M＝4和M＝5時磁芯的結(jié)構(gòu)圖。M＝4時可以用U型磁芯組合，M＝5時可以用E型磁芯組合。這種結(jié)構(gòu)首先具有高度的對稱性，能夠使得每個中間M柱的耦合電感參數(shù)一致，兩側(cè)兩柱所集成的輸出濾波電感平均分配，有利于電感發(fā)熱量的均勻分布。而且采用通用的U型和E新磁性來組合成耦合電感，電感制作比較簡單，不需要特別地去定制磁芯。同時采用通用的磁芯也會降低磁芯所占電感的成本。

在圖9中給出了本發(fā)明的輸出電流波形。i_a1、i_a2、i_a3分別為A相全橋三個橋臂的輸出電流，i_d為A相總的輸出電流。i_d的紋波頻率是橋臂輸出電流的3倍。

在圖10中給出了本發(fā)明的輸出電壓與輸出電流的波形，兩者都非常接近正弦。輸出電流波形中開關(guān)頻率的紋波得到抑制，所設(shè)計的逆變器有著良好的輸出特性。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。