CN104270024B - 一种单相三电平逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单相三电平逆变器，包括输入电容C1、输入电容C2、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6和并网滤波电感L1、L2；输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、第三开关Q3的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出正电平回路；输入电容C2的正极与第二开关Q2的正极、第四开关Q4的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出负电平回路；使用时，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能；本发明可以灵活调节功率损耗的分布，还具有升压功能。

Description

一种单相三电平逆变器
技术领域
本发明涉及一种单相三电平逆变器，属于电力电子技术领域。
背景技术
多电平变换器在高压电机驱动和智能电网(FACTS HVDC)等大功率场合已经成为一种事实上的工业标准，并逐步向中小功率场合渗透，工业界对多电平变换器本身固有特性不断提出更高的期望，以简化多电平变换器控制的复杂性，提高结构设计的便利性，并降低整个装置器件综合成本；因此，虽然新的多电平变换器层出不穷，但是，对各方面性能都比较理想的多电平变换器的研究和探索从未停止。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种能够灵活调节功率损耗的分布，适用于大功率场合的单相三电平逆变器。
本发明的技术解决方案是这样实现的：一种单相三电平逆变器，包括输入电容C1、输入电容C2、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6和并网滤波电感L1、L2；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、第三开关Q3的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出正电平回路；所述输入电容C2的正极与第二开关Q2的正极、第四开关Q4的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出负电平回路；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、输入电容C2的负极、第四开关Q4的负极、第六开关Q6的正极、第五开关Q5的负极依次相连接 形成一个充电回路；所述第五开关Q5与第六开关Q6、并网滤波电感L1、L2连接形成一个输出零电平回路；所述第二开关Q2与第三开关Q3、并网滤波电感L1、L2连接形成一个冗余的零电平回路；使用时，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能；所述输入电容C1、第一开关Q1、输入电容C2、第四开关Q4、第六开关Q6、第五开关Q5串联连接；所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6的驱动信号分别为D1-D6，采用单极性调制。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的一种单相三电平逆变器，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能，同时具有多个冗余的零电平的通路，可以灵活调节功率损耗的分布，有利于大功率场合的设计，而且该逆变器具有升压功能，可以适应较低的输入电压。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明的一种单相三电平逆变器的电路示意图；
附图2-图8为本发明的一种单相三电平逆变器的-7种模式；
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明。
如附图1-8所示为本发明所述的一种单相三电平逆变器，包括输入电容C1、输入电容C2、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6和并网滤波电感L1、L2；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、第三开关Q3的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出正电平回路；所述输入电容C2的正极与第二开关Q2的正极、第四开关Q4的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出负电平回路；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、输入电容C2的负极、第四开关Q4的负极、第六开关Q6的正极、第五开关Q5的负极依次相连接形成一个充电回路；所述第五开关Q5与第六开关Q6、并网滤波电感L1、L2连接形成一个输出零电平回路；所述第二开关Q2与第三开关Q3、并网滤波电感L1、L2连接形成一个冗余的零电平回路；使用时，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能；所述输入电容C1、第一开关Q1、输入电容C2、第四开关Q4、第六开关Q6、第五开关Q5串联连接；所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6的驱动信号分别为D1-D6，采用单极性调制
本发明图2-图8为7种模式：模式1为输出正电平：第二开关Q2、第四开关Q4导通，Q1、Q3、Q5、Q6关断，电流从C2的正极流出，流经Q2,Q4、L1、L2形成回路向电网供电，输出电压为uAB＝+udc；模式2为输出负电平：第一开关Q1、第三开关Q3导通，Q2、Q4、Q5、 Q6关断，电流从C1的正极流出，流经Q1,Q3、L1、L2形成回路向电网供电，输出电压为uAB＝-udc；模式3为正向续流时输出零电平：D5、Q6、L1、电网、L2相连接，没有电压输入；模式4为反向续流时输出零电平：D6、Q5、L2、电网、L1相连接，没有电压输入；模式5为C1向C2充电，C1、Q1、C2、D4、Q6、D5形成闭合回路，输入电容C1向C2充电，对外输出零电平；模式6为C2向C1充电，C2、D1、C1、Q5、D6、Q4形成闭合回路，电容C2向C1充电，对外输出零电平；模式7为冗余的零电平状态1：D2、Q4、L1、电网、L2相连，没有电压输入。
启动时分两种模式：离网模式和并网模式；在离网模式下的启动顺序为：先进入的是模态6即C2向C1充电的模态，在这个模态中因为初始时刻，输入电容C1上的电压为零，C2上的电压是udc，因此ΔU＝udc，由于线路的阻抗和开关管的导通内阻都很小，所以会出现过电流的情况，因此，使用前需要串联一个启动电阻，并在启动电阻的两端并联一个直流接触器，充电过程完毕之后，用直流接触器将这个充电电阻短路掉，当C1两端的电压等于C2两端的电压时，电路进入正常工作状态，在多个模态之间循环；在并网模式下的启动顺序和一般的并网逆变器并无区别，原因在于电网正负半周分别对直流侧电容充电，如果要继续升高直流侧电压，则可以采用内部的BOOST电路升压的方式，通过斩波方式升高直流侧电压，当C1、C2两端的电压相等时并等于设定的直流侧电压时，电路进入正常工作状态，在多个模态之间循环。
在单极性SPWM工作时的状态：在单极性工作的正半周为模式1、模式3、模式6交替出现，实质上模式1(输出正电平)以及模式3(C2向C1充电)交替出现就可以了，因为该模态包含了模式6(正向续流 的模态)，该模态下变换器等效为两个独立的网孔；在单极性工作的负半周为模式2、模式4、模式5交替出现，实质上模式2(输出负电平)以及模式4(C1向C2充电)交替出现就可以了，因为该模态包含了模式5(反向续流的模态)，该模态下变换器等效为两个独立的网孔；剩余的模式7可以作为零电平输出的冗余状态，在Q5、Q6出现故障的时刻，可以启用这个模态做容错运行。
本发明通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能，同时具有多个冗余的零电平的通路，便于功率损耗的分布可以灵活调节，比较有利于大功率场合的设计，而且该逆变器具有升压功能，可以适应较低的输入电压。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种单相三电平逆变器，其特征在于：包括输入电容C1、输入电容C2、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6和并网滤波电感L1、L2；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、第三开关Q3的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出正电平回路；所述输入电容C2的正极与第二开关Q2的正极、第四开关Q4的正极、并网滤波电感L1、L2通过导线相连接形成一个输出负电平回路；所述输入电容C1的正极与第一开关Q1的正极、输入电容C2的负极、第四开关Q4的负极、第六开关Q6的正极、第五开关Q5的负极依次相连接形成一个充电回路；所述第五开关Q5与第六开关Q6、并网滤波电感L1、L2连接形成一个输出零电平回路；所述第二开关Q2与第三开关Q3、并网滤波电感L1、L2连接形成一个冗余的零电平回路；使用时，通过控制第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5、第六开关Q6与输入电容C1、输入电容C2及并网滤波电感L1、L2的不同组合来实现输入直流电能装换为交流电能；所述输入电容C1、第一开关Q1、输入电容C2、第四开关Q4、第六开关Q6、第五开关Q5串联连接；所述第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第五开关Q5和第六开关Q6的驱动信号分别为D1-D6，采用单极性调制。
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