CN207743896U - 一种三电平逆变器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种三电平逆变器，包括前级网络和后级桥臂，前级网络包括第一电容、第二电容、第三电容和变压器，后级桥臂包括三个T型桥臂，其中：变压器的原边第一端与第一电容的第一端相连；变压器的副边第一端与三个T型桥臂的第一端均相连；变压器的原边第二端与变压器的副边第二端、第三电容的第一端均相连；第一电容的第二端与第二电容的第一端、三个T型桥臂的第二端均相连；第二电容的第二端与第三电容的第二端、三个T型桥臂的第三端均相连。本申请克服了非T型的其他逆变器中谐波含量较多逆变效率低的问题；而前级网络的结构使逆变器具有升降压的功能；与同样可升降压的Z源逆变器相比，本申请开关器件较少，大幅降低了器件成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏发电领域，特别涉及一种三电平逆变器。
背景技术
光伏并网逆变器在光伏发电系统中处于核心的位置，用于将光伏组件的直流电转换为交流电输入到电网中，光伏并网逆变器的转换效率直接影响着整个光伏发电系统。
目前应用的三相三电平逆变器主要有中点钳位型逆变器、有源钳位型逆变器、T型逆变器以及Z源逆变器，它们均可以实现基本的逆变。但是，这些逆变器均存在各类的不足问题。例如中点钳位型逆变器的中点电位不平衡、开关器件损耗功率分布不均；有源钳位型逆变器器件过多，成本过高，控制更为复杂；T型逆变器同一桥臂上下两个开关管耐压增大，只能实现升压或降压一种电压模式；Z源逆变器虽然能实现升压和降压两种功能，但是逆变电路为全桥式，转换效率不高。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案，是本领域技术人员目前需要解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种转换效率高、既能升压也能降压的一种三电平逆变器。其具体方案如下：
一种三电平逆变器，包括前级网络和后级桥臂，所述前级网络包括第一电容、第二电容、第三电容和变压器，所述后级桥臂包括三个T型桥臂，其中：
所述变压器的原边第一端与所述第一电容的第一端相连；
所述变压器的副边第一端与三个所述T型桥臂的第一端均相连；
所述变压器的原边第二端与所述变压器的副边第二端、所述第三电容的第一端均相连；
所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端、三个所述T型桥臂的第二端均相连；
所述第二电容的第二端与所述第三电容的第二端、三个所述T型桥臂的第三端均相连。
优选的，所述变压器为调压变压器。
优选的，所述变压器为自耦变压器。
优选的，所述变压器为低漏感变压器。
优选的，所述前级网络还包括二极管，其中，所述二极管的阳极与所述第一电容的第一端相连，所述二极管的阴极与所述变压器的原边第一端相连。
优选的，所述前级网络还包括与所述二极管并联的辅助电阻。
优选的，所述前级网络还包括过渡电感，其中所述过渡电感的第一端连接直流电源，所述过渡电感的第二端连接所述第一电容第一端。
本实用新型公开了一种三电平逆变器，包括前级网络和后级桥臂，所述前级网络包括第一电容、第二电容、第三电容和变压器，所述后级桥臂包括三个T型桥臂，其中：所述变压器的原边第一端与所述第一电容的第一端相连；所述变压器的副边第一端与三个所述T型桥臂的第一端均相连；所述变压器的原边第二端与所述变压器的副边第二端、所述第三电容的第一端均相连；所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端、三个所述T型桥臂的第二端均相连；所述第二电容的第二端与所述第三电容的第二端、三个所述T型桥臂的第三端均相连。本实用新型使用了T型桥臂，克服了非T型的其他逆变器中谐波含量较多逆变效率低的问题；而前级网络的结构克服了传统T型逆变器升压能力的局限性，使逆变器具有升降压的功能；与同样具有升降压的Z源逆变器相比，本实用新型减少了开关器件的应用，同时还降低了开关损耗，大幅降低了器件成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例中一种三电平逆变器的结构拓扑图；
图2为本实用新型实施例中一种三电平逆变器的参数设置示意图；
图3a为本实用新型实施例中一种三电平逆变器仿真得到的三相电流图；
图3b为本实用新型实施例中一种三电平逆变器仿真得到的三相电压图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例公开了一种三电平逆变器，参见图1所示，包括前级网络1和后级桥臂2，所述前级网络1包括第一电容11、第二电容12、第三电容13和变压器14，所述后级桥臂2包括三个T型桥臂，三个T型桥臂分别为第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，其中：
所述变压器14的原边第一端与所述第一电容11的第一端相连；
所述变压器14的副边第一端与三个所述T型桥臂的第一端均相连；
所述变压器14的原边第二端与所述变压器14的副边第二端、所述第三电容13的第一端均相连；
所述第一电容11的第二端与所述第二电容12的第一端、三个所述T型桥臂的第二端均相连；
所述第二电容12的第二端与所述第三电容13的第二端、三个所述T型桥臂的第三端均相连。
具体的连接方式可以参考图1，第一桥臂的支路交点引出A相电路，第二桥臂的支路交点引出B相电路，第三桥臂的支路交点引出C相电路。其中，三个T型桥臂的结构相同，端点连接也一致，每个T型桥臂的第一端与变压器14副边第一端相连，每个桥臂的第二端与第二电容12的第一端相连，每个桥臂的第三端与第二电容12的第二端相连。具体的，第一桥臂包括四个功率开关器Sa1、Sa2、Sa3和Sa4，第二桥臂包括四个功率开关器Sb1、Sb2、Sb3和Sb4，第三桥臂包括四个功率开关器Sc1、Sc2、Sc3和Sc4。
进一步的，应用在三电平逆变器中的变压器14，可以是两侧独立的变压器，也可以是自耦变压器。在同等容量下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料硅钢片和导线和结构材料钢材都相应减少，从而成本较低。有效材料的减少使得铜耗和铁耗也相应减少，故自耦变压器的效率较高。
进一步的，应用在三电平逆变器中的变压器14，可以是调压变压器。调压变压器分为有载调压变压器和无载调压变压器，根据应用环境选择适当类型的变压器。如果认为三电平逆变器的转换电压需要调节，不需要更换变压器或其他元件，直接对调压变压器进行电压比的调整，即可完成调节转换电压大小的目的，在调整电压比时要注意安全，严格按照规定执行。
可以理解的是，三电平逆变器中的变压器14，一般选择低漏感变压器。变压器的漏感是指一部分初级或次级的磁通没有通过磁芯耦合到次级或初级，而是通过空气闭合返回到初级或次级的现象。变压器的漏感越多，其传递效率越低，漏感是影响逆变效率的因素之一。另外漏感还可能与逆变器中的其他元件之间产生相互影响，造成电路振荡从而进一步产生电磁干扰。因此，尽量选择低漏感的变压器，以提高逆变效率和减小电磁干扰。
本实用新型的三电平逆变器，可以看做是对现有技术中几种逆变器在不同方向上的改进，从而获得了一种解决了背景技术中提到的各类问题的三电平逆变器。具体的，使用T型桥臂和第一电容、第二电容，保证了逆变器的中点电位始终平衡，从而开关器件的损耗功率分布均匀；与常规的T型逆变器相比，本实用新型中添加了变压器，通过变压器既可以实现降压模式，也可以实现升压模式；与能实现升压和降压的Z源逆变器相比，本实用新型的转换效率更高，具有更好的实用效益。
进一步，利用计算机软件对本实用新型进行仿真验证，本实施例中使用的计算机软件为MATLAB。首先搭建如图1所示的电路模型，然后设计功率开关器的开关方式，再按照图2进行参数设置，最后运行该电路模型获取运行数据，具体参见图3a的三相电流图和图3b的三相电压图。由仿真验证的结果可以看出，本实用新型的三电平逆变器的转换效率较高，转换后的电压、电流波形均接近正弦波，所以三电平逆变器的实用性很高。
具体的，假设直流电源为Vdc，与T型桥臂连接的第一电容11、第二电容12为直流侧分压电容，且第一电容11和第二电容12的电容值相等，第一电容11的电压和第二电容12的电压均为直流电源的一半电压。以某一T型桥臂为例，该桥臂上有四个功率开关器Sx1、Sx2、Sx3和Sx4，其中x为a、b或c。功率开关器Sx1和Sx4相当于三相两电平逆变器的上下互补管，需承受电压Vdc，Sx2和Sx3构成中点钳位电路，需承受电压Vdc/2。该T型桥臂输出会有三种状态：P状态、O状态和N状态，其中P状态表示Sx1导通时输出正电平Vdc/2，O状态表示Sx2和Sx3导通时输出零电平，N状态表示Sx4导通时输出负电平-Vdc/2。具体的状态表如下所示：
| 状态 | Sx1 | Sx2 | Sx3 | Sx4 | 输出 |
| P | On | On | Off | Off | Vdc/2 |
| O | Off | On | On | Off | 0 |
| N | Off | Off | On | On | -Vdc/2 |
该状态表可以对于任一T型桥臂均适用。
进一步的，所述三电平逆变器中，所述前级网络1还包括连接所述第一电容11和所述变压器14原边的二极管15，其中，所述二极管15的阳极与所述第一电容11的第一端相连，所述二极管15的阴极与所述变压器14的原边第一端相连。本实施例中利用该二极管15来判断直流电源Vdc的电流方向。
进一步的，所述三电平逆变器中，所述前级网络1还包括与所述二极管15并联的辅助电阻16。可以理解的是辅助电阻16为二极管的保护电阻，确保二极管15在反向电压较大时不被击穿。
进一步的，所述三电平逆变器中，所述前级网络1还包括过渡电感17，其中过渡电感17的第一端连接直流电源Vdc，过渡电感17的第二端连接第一电容11第一端。可以理解的是，过渡电感17为三电平逆变器之前、用于直流电压缓冲的部分。
本实用新型公开了一种三电平逆变器，包括前级网络和后级桥臂，所述前级网络包括第一电容、第二电容、第三电容和变压器，所述后级桥臂包括三个T型桥臂，其中：所述变压器的原边第一端与所述第一电容的第一端相连；所述变压器的副边第一端与三个所述T型桥臂的第一端均相连；所述变压器的原边第二端与所述变压器的副边第二端、所述第三电容的第一端均相连；所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端、三个所述T型桥臂的第二端均相连；所述第二电容的第二端与所述第三电容的第二端、三个所述T型桥臂的第三端均相连。本实用新型使用了T型桥臂，克服了非T型的其他逆变器中谐波含量较多逆变效率低的问题；而前级网络的结构克服了传统T型逆变器升压能力的局限性，使逆变器具有升降压的功能；与同样具有升降压的Z源逆变器相比，本实用新型减少了开关器件的应用，同时还降低了开关损耗，大幅降低了器件成本。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种三电平逆变器，其特征在于，包括前级网络和后级桥臂，所述前级网络包括第一电容、第二电容、第三电容和变压器，所述后级桥臂包括三个T型桥臂，其中：
所述变压器的原边第一端与所述第一电容的第一端相连；
所述变压器的副边第一端与三个所述T型桥臂的第一端均相连；
所述变压器的原边第二端与所述变压器的副边第二端、所述第三电容的第一端均相连；
所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端、三个所述T型桥臂的第二端均相连；
所述第二电容的第二端与所述第三电容的第二端、三个所述T型桥臂的第三端均相连。
2.根据权利要求1所述三电平逆变器，其特征在于，所述变压器为调压变压器。
3.根据权利要求1所述三电平逆变器，其特征在于，所述变压器为自耦变压器。
4.根据权利要求1至3任一项所述三电平逆变器，其特征在于，所述变压器为低漏感变压器。
5.根据权利要求4所述三电平逆变器，其特征在于，所述前级网络还包括二极管，其中，所述二极管的阳极与所述第一电容的第一端相连，所述二极管的阴极与所述变压器的原边第一端相连。
6.根据权利要求5所述三电平逆变器，其特征在于，所述前级网络还包括与所述二极管并联的辅助电阻。
7.根据权利要求6所述三电平逆变器，其特征在于，所述前级网络还包括过渡电感，其中所述过渡电感的第一端连接直流电源，所述过渡电感的第二端连接所述第一电容第一端。
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