CN114710015A - 一种多输出模式逆变器及其控制方法 - Google Patents

一种多输出模式逆变器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请适用于电力电子领域，提供了一种多输出模式逆变器及其控制方法，所述多输出模式逆变器包括逆变电路和控制电路。所述逆变电路的输入端连接直流电源，输出端连接电网，所述逆变电路包括至少三个电感和并联连接的A桥臂、B桥臂、C桥臂，每一桥臂均由两个IGBT开关串联组成，且分别通过至少一个电感连接至所述电网。所述控制电路分别与所述逆变电路和电网连接，用于检测电网类型，并根据所述电网类型控制所述逆变电路切换输出模式。本申请通过控制不同桥臂的输出进而输出与不同电网对应的三相电、两相电或单相电，且结构和控制方式简单，适用于多种规模的分布式发电系统的并网连接。

Description

一种多输出模式逆变器及其控制方法
技术领域
本申请属于电力电子技术领域，尤其涉及一种多输出模式逆变器及其控制方法。
背景技术
随着科技发展和用户用电需求的多样化，越来越多的分布式发电系统涌现出来，如光伏发电、风力发电等。一方面，可以满足用户自身多样化的用电需求，另一方面，产生的电能也可以送入国家的电网系统，在电网故障或用电高峰期成为电网的供电补充，以保证电网的稳定供电。但多数分布式发电系统发出的是直流电，如在我国最常见的光伏发电，而电网中均以交流电进行电能输送，因此必须通过逆变器将直流电转换为交流电，才能将光伏发电等分布式发电系统并入电网。
目前，世界上电网类型有多种，如我国主要使用的三相电系统、单相电系统以及美国等国家所使用的两相电系统。由于不同的电网类型之间频率、相位等各不相同，因此要并入不同类型的电网，需要分别开发对应的逆变器以满足不同的并网需求，使得现有逆变器输出模式单一，限制了逆变器的推广使用，也使得不同国家和地区需要分别研发不同的逆变器。
针对这种情况，中国专利申请CN112910290A公开了一种逆变电路与逆变器，所述逆变电路包括至少两个单相逆变模块、至少三个开关模块、电位调控模块以及控制模块，通过控制模块控制开关模块，进而控制连通/断开不同的单相逆变模块和电位调控模块，使得在逆变器输出端输出三相电/两相电/单相电，满足多元化的应用需求。然而该方案整体结构复杂，需要大量器件配合，也使得控制方法繁琐，不适合在较小规模的分布式发电系统中应用。
发明内容
本申请的目的在于提供一种多输出模式的逆变器及其控制方法，旨在解决现有技术中逆变器输出模式单一、结构复杂的问题。
本申请一方面提供了一种多输出模式的逆变器，包括：
逆变电路，所述逆变电路的输入端连接直流电源，输出端连接电网，所述逆变电路包括至少三个电感和并联连接的A桥臂、B桥臂、C桥臂，每一桥臂均由两个IGBT开关串联组成，且分别通过至少一个电感连接至所述电网；
控制电路，分别与所述逆变电路和电网连接，用于检测电网类型，并根据所述电网类型控制所述逆变电路切换输出模式。
优选的，所述逆变电路还包括一组分裂电容，所述分裂电容与所述直流电源并联且一端接地，所述分裂电容的中点与所述电网的N线连接，用于稳定电网中点电压。
优选地，所述逆变电路包括NPC三电平模块，用于减少电路中的共模输出和开关损耗，有利于提升逆变器整体的转换效率。具体地，所述NPC三电平模块可以为I型NPC三电平模块或T型NPC三电平模块。
本申请相较于现有技术，有益之处在于：提供了一种结构简单的多输出模式逆变器，通过控制电路检测电网类型，并控制逆变电路中不同桥臂的输出，使得所述逆变器输出与电网对应的三相电、两相电或单相电。并且结构简单，适用于多种规模的分布式发电系统的并网连接。
本申请另一方面提供一种多输出模式逆变器的控制方法，包括如上述所述的多输出模式逆变器。
优选地，所述控制电路检测到所述电网为三相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂输出相位差为120°的三相电。
优选地，所述控制电路检测到所述电网为两相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂中的一个桥臂输出为零，并控制另外两个桥臂输出相位差为180°的两相电。或者，所述控制电路先检测所述A桥臂、B桥臂、C桥臂其中两个桥臂的功率，并控制该两个桥臂输出相位差为180°的两相电，进而所述控制电路控制另一个桥臂与功率较大的一个桥臂同相位输出。
优选地，所述控制电路检测到所述电网为单相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂中的至少两个输出相位相同的单相电，其他桥臂输出为零。或者，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂中的一个桥臂输出单相电，其他两个桥臂输出为零。
本申请相较于现有技术，有益之处在于：本申请的逆变器结构及其控制方法简单，可以实现三相电、两相电或单相电不同模式的输出，适用于多种规模的分布式发电系统的并网连接。特别是相较于现有技术中结构复杂的逆变器模组，本申请更适用于小规模的分布式发电系统的并网连接，应用范围更广。
附图说明
图1、图2、图3均是本申请实施例提供的逆变器的电路拓扑图（未示出控制电路）；
图4是本申请实施例三相电模式下各个桥臂导通和逆变电路输出的关系示意图；
图5是本申请实施例两相电模式下各个桥臂导通和逆变电路输出的关系示意图；
图6是本申请实施例单相电模式下各个桥臂导通和逆变电路输出的关系示意图。
图中：
逆变电路1；直流电源2；电网3。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，为本申请实施例提供的一种多输出模式逆变器，包括逆变电路1和控制电路（图中未示出）。所述逆变电路的输入端连接直流电源2，输出端连接电网3，所述逆变电路1包括至少三个电感（L1、L2、L3）和并联连接的A桥臂、B桥臂、C桥臂，每一桥臂均由两个IGBT开关串联组成，且分别通过至少一个电感连接至所述电网3。所述控制电路分别与所述逆变电路1和电网3连接，用于检测电网类型，并根据所述电网类型控制所述逆变电路1切换输出模式。
在本实施例中，所述A桥臂由IGBT1和IGBT2串联组成，并通过电感L1连接至电网3。所述B桥臂由IGBT3和IGBT4串联组成，并通过电感L2连接至电网3。所述C桥臂由IGBT5和IGBT6串联组成，并通过电感L3连接至电网3。其中，所述电感用于对各个桥臂转换出的交流电进行滤波，保证并网的电压稳定，避免谐波等干扰影响电网的稳定运行。
在本实施例中，所述控制电路检测的电网类型包括三相电网、两相电网和单相电网，包括但不限于检测或通过进一步计算获得电网的电压值、频率、相位，以识别电网类型以及确定逆变器所需输出的交流电大小，进而控制逆变器切换输出模式。
在一些实施例中，所述分裂电容（C1、C2）与所述直流电源2并联且一端接地，所述分裂电容（C1、C2）的中点还与所述电网的N线连接，用于抑制电网中性点的电压脉动，稳定中性点的电压。
如图2和图3所示，在一些实施例中，所述逆变电路还包括NPC三电平模块，所述A桥臂、B桥臂、C桥臂分别通过所述NPC三电平模块连接至所述电网3的中性点。用于减少电路中的共模输出和开关损耗，有利于提升逆变器整体的转换效率。具体地，所述NPC三电平模块可以为I型NPC三电平模块，包括IGBT7-IGBT12和D1-D6；或者为T型NPC三电平模块，包括IGBT7-IGBT12。可以理解的，I型NPC三电平模块的器件较多，导通损耗更大，而T型NPC三电平模块半桥部分IGBT承受电压较大，开关损耗更大，因此I型NPC三电平模块更适用于工作频率较高的环境，T型NPC三电平模块更适用于工作频率较低的环境。
本申请实施例另提供了一种多输出模式逆变器的控制方法，包括上述多输出模式逆变器。
在本实施例中，所述控制电路检测电网类型，并根据所述电网类型控制所述逆变电路1切换不同的输出模式，所述输出模式包括三相电模式、两相电模式及单相电模式。
具体地：
三相电模式，如图4所示，当所述控制电路检测到所述电网3为三相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂输出相位差为120°的三相电。其中，I(A)、I(B)、I(c)分别表示A桥臂、B桥臂、C桥臂的输出电流，V1-V6分别表示IGBT1-IGBT6的导通电压。
两相电模式，当所述控制电路检测到所述电网3为两相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂和B桥臂输出相位差为180°的两相电，并检测所述A桥臂和B桥臂的功率，进而控制所述C桥臂与功率较大的一方以同相位运行，即C桥臂与功率较大一方同相位并联输出。
在另一控制方法中，如图5所示，所述控制电路控制所述A桥臂和B桥臂输出相位差为180°的两相电，所述C桥臂输出为零。其中，I(A)、I(B)分别表示A桥臂、B桥臂的输出电流，V1-V6分别表示IGBT1-IGBT6的导通电压。
单相电模式，如图6所示，当所述控制电路检测到所述电网3为单相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂中的至少两个桥臂输出相位相同的单相电，其他桥臂输出为零，即同相位的至少两个桥臂并联输出。其中，I(A)、I(B)、I(c)分别表示A桥臂、B桥臂、C桥臂的输出电流，由于A桥臂、B桥臂、C桥臂输出相位相同的单相电，因此电流波形相同，V1-V6分别表示IGBT1-IGBT6的导通电压。
在另一控制方法中，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂中的任意一个桥臂输出单相电，其他两个桥臂输出为零。
可以理解，本实施例中优选所述A桥臂、B桥臂、C桥臂的输出均不为零，有利于提高所述逆变器的工作效率。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多输出模式逆变器，包括：
逆变电路，所述逆变电路的输入端连接直流电源，输出端连接电网，所述逆变电路包括至少三个电感和并联连接的A桥臂、B桥臂、C桥臂，每一桥臂均由两个IGBT开关串联组成，且分别通过至少一个电感连接至所述电网；
控制电路，分别与所述逆变电路和电网连接，用于检测电网类型，并根据所述电网类型控制所述逆变电路切换输出模式。
2.如权利要求1所述的多输出模式逆变器，其特征在于：所述逆变电路还包括一组分裂电容，所述分裂电容与所述直流电源并联且一端接地，所述分裂电容的中点与所述电网的N线连接。
3.如权利要求1所述的多输出模式逆变器，其特征在于：所述逆变电路包括I型NPC三电平模块。
4.如权利要求1所述的多输出模式逆变器，其特征在于：所述逆变电路包括T型NPC三电平模块。
5.一种多输出模式逆变器的控制方法，其特征在于：包括如权利要求1至4任意一项所述的多输出模式逆变器。
6.如权利要求5所述的多输出模式逆变器的控制方法，其特征在于：所述控制电路检测到所述电网为三相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂输出相位差为120°的三相电。
7.如权利要求5所述的多输出模式逆变器的控制方法，其特征在于：所述控制电路检测到所述电网为两相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂中的一个桥臂输出为零，并控制另外两个桥臂输出相位差为180°的两相电。
8.如权利要求5所述的多输出模式逆变器的控制方法，其特征在于：所述控制电路检测到所述电网为两相电网时，所述控制电路检测所述A桥臂、B桥臂、C桥臂其中两个桥臂的功率，并控制该两个桥臂输出相位差为180°的两相电，所述控制电路控制另一个桥臂与功率较大的一个桥臂同相位输出。
9.如权利要求5所述的多输出模式逆变器的控制方法，其特征在于：所述控制电路检测到所述电网为单相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂中的至少两个桥臂输出相位相同的单相电，其他桥臂输出为零。
10.如权利要求5所述的多输出模式逆变器的控制方法，其特征在于：所述控制电路检测到所述电网为单相电网时，所述控制电路控制所述A桥臂、B桥臂、C桥臂中的一个桥臂输出单相电，另外两个桥臂输出为零。
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