TW201338388A - 多重化逆變器及有源電力濾波器 - Google Patents

Abstract

一種具有中線電感的多重化逆變器及有源電力濾波器，能平抑中線電流產生的紋波，無需增大直流母線電容，能提高效率和降低成本並可應用於各種場合。其技術方案為：多重化逆變器由至少兩個逆變單元並聯而成，各逆變單元從直流母線中點引出接線，分別通過各自對應的中線電感連接到中線。

Description

多重化逆變器及有源電力濾波器

本發明涉及一種逆變器結構，尤其涉及一種多重化的逆變器電路及有源電力濾波器。

電力電子技術的迅速發展，使得電力電子裝置的應用越來越廣泛。其中不斷電供應系統（UPS），有源電力濾波器（APF），靜止無功發生器（SVG）等應用場合中，逆變器得到了普遍的應用。針對減少逆變器體積，提高逆變器效率，降低逆變器成本，減少逆變器輸出諧波，3相3線和3相4線的相容等各種指標，業界都做出了各種嘗試和努力，但各種電路拓撲都有各自的侷限性，不能很好的解決各種問題。

例如，現有的逆變器結構主要有圖1至圖2所示。其中圖1為最常用的兩電平逆變器3相4線（3p4w）結構，中線（N線）直接和直流母線中點連接。由於中線存在，三相被完全解耦，可以單獨控制。但中線電流都經過直流母線，直流母線電容需要設計較大來平抑紋波。圖2是傳統的三電平逆變器3p4w結構，同樣中線（N線）直接和直流母線中點連接。三電平逆變器可以減少輸入側諧波含量，但同樣需要將直流母線電容設計的較大。

在這些現有技術中，兩電平逆變器需要選取較高耐壓的IGBT，並且效率和開關頻率都會較低。兩者結構中，三相均被中線解耦，每相電感的紋波相對3相3線（3p3w）結構中的電感紋波都會較大。同時直流母線電容需要設計較大以平抑中線電流產生的紋波。

本發明的目的在於解決上述問題之一，提供了一種至少具有以下優點之一的多重化逆變器，即能平抑中線電流產生的紋波，無需增大直流母線電容，能提高效率，降低成本，可應用於各種場合。

本發明的另一目的在於提供了一種有源電力濾波器，內設上述的多重化逆變器，具有至少能平抑中線電流產生的紋波，無需增大直流母線電容，能提高效率和降低成本其中之一的優點。

本發明的技術方案為：本發明揭示了一種多重化逆變器，包括：中線；至少兩個逆變單元，其中每一逆變單元包括：多個開關器件組成的三相逆變橋；一直流母線，包括至少一電容，直流母線和三相逆變橋並聯連接；以及逆變單元輸出電感模組，包括第一相逆變單元輸出電感模組、第二相逆變單元輸出電感模組及第三相逆變單元輸出電感模組，其中每一相逆變單元輸出電感模組包括至少一電感，第一相、第二相和第三相逆變單元輸出電感模組的一端分別對應耦接三相逆變橋的第一相、第二相和第三相；中線電感模組，包括至少一電感，中線電感模組的一端耦接至直流母線的中點，中線電感模組的另一端耦接至多重化逆變器的中線；多重化逆變器的三相輸出，包括第一相輸出、第二相輸出和第三相輸出，每一逆變單元的第一相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第一相輸出，每一逆變單元的第二相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成重化逆變器的第二相輸出，每一逆變單元的第三相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成重化逆變器的第三相輸出。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，至少兩個逆變單元中的每一逆變單元還包括中線開關器件，中線開關器件串聯連接逆變單元的中線電感模組。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，多重化逆變器還包括：多重化逆變器輸出電感模組，包括第一相多重化逆變器輸出電感模組、第二相多重化逆變器輸出電感模組及第三相多重化逆變器輸出電感模組，每一相多重化逆變器輸出電感模組包括至少一電感，第一相、第二相和第三相多重化逆變器輸出電感模組分別對應耦接多重化逆變器的第一相、第二相和第三相輸出；三個耦接點，每一逆變單元的第一相逆變單元輸出電感模組的另一端和第一相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成第一個耦接點，每一逆變單元的第二相逆變單元輸出電感模組的另一端和第二相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成第二個耦接點，每一逆變單元的第三相逆變單元輸出電感模組的另一端和第三相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成第三個耦接點；以及三組濾波元件，包括第一組濾波元件、第二組濾波元件和第三組濾波元件，每一組濾波元件包括至少一電容器，第一組、第二組和第三組濾波元件分別對應耦接第一個、第二個和第三個耦接點。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，每一組濾波元件包括至少兩個電容器並聯和/或串聯。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，每一組濾波元件包括電容和電阻組成的阻尼濾波器。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，每一組濾波元件包括電容和電感組成的陷波器。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，每一組濾波元件包括電容、電感組成的陷波器和電容、電阻組成的阻尼濾波器，其中陷波器和阻尼濾波器並聯連接。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，多重化逆變器還包括：

至少兩個電流檢測器，其中每一逆變單元包括一電流檢測器，電流檢測器和逆變單元的逆變單元輸出電感模組串聯連接，用以採樣逆變單元的輸出電流；以及一控制電路，包括：至少兩個控制器，其中控制器的一輸入端和電流檢測器的一輸出端一一對應連接，分別接收來自電流檢測器的電流值，並分別結合一設定的參考信號，分別輸出一占空比信號；以及至少兩個驅動信號發生器，其中驅動信號發生器的一輸入端和控制器的一輸出端一一對應連接，分別接收控制器輸出的占空比信號，並分別接收一調製載波信號，分別輸出一驅動信號以分別控制逆變單元中的三相逆變橋中的開關器件工作。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，至少兩個逆變單元中各逆變單元的開關器件的驅動信號之間互差一定的角度。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，至少兩個逆變單元為兩電平逆變單元。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，至少兩個逆變單元為三電平逆變單元。

根據本發明的多重化逆變器的一實施例，三電平逆變單元是飛跨電容三電平逆變單元或中點嵌位元型三電平逆變單元。

本發明還揭示了一種有源電力濾波系統，包括：一諧波檢測提取電路，諧波檢測提取電路檢測有源電力濾波系統的非線性負載電流；以及如上述的多重化逆變器，其中諧波檢測提取電路輸出的諧波和無功電流成份為如上述的多重化逆變器的控制電路的設定的參考信號。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器中的至少兩個逆變單元中的每一逆變單元還包括中線開關器件，中線開關器件串聯連接逆變單元的中線電感模組。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，所述多重化逆變器還包括：多重化逆變器輸出電感模組，包括第一相多重化逆變器輸出電感模組、第二相多重化逆變器輸出電感模組及第三相多重化逆變器輸出電感模組，每一相多重化逆變器輸出電感模組包括至少一電感，第一相、第二相和第三相多重化逆變器輸出電感模組分別對應耦接多重化逆變器的第一相、第二相和第三相輸出；

三個耦接點，每一逆變單元的第一相逆變單元輸出電感模組的另一端和第一相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成第一個耦接點，每一逆變單元的第二相逆變單元輸出電感模組的另一端和第二相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成第二個耦接點，每一逆變單元的第三相逆變單元輸出電感模組的另一端和第三相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成第三個耦接點；以及三組濾波元件，包括第一組濾波元件、第二組濾波元件和第三組濾波元件，每一組濾波元件包括至少一電容器，第一組、第二組和第三組濾波元件分別對應耦接第一個、第二個和第三個耦接點。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器中的每一組濾波元件包括至少兩個電容器的並聯和/或串聯。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器中的每一組濾波元件包括電容和電阻組成的阻尼濾波器。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器中的每一組濾波元件包括電容和電感組成的陷波器。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器中的每一組濾波元件包括電容、電感組成的陷波器和電容、電阻組成的阻尼濾波器，其中陷波器和所述阻尼濾波器並聯連接。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器還包括控制電路，控制電路包括：

至少兩個電流檢測器，其中每一逆變單元包括一電流檢測器，電流檢測器和逆變單元的逆變單元輸出電感模組串聯連接，用以採樣逆變單元的輸出電流；以及一控制電路，包括：至少兩個控制器，其中控制器的一輸入端和電流檢測器的一輸出端一一對應連接，分別接收來自電流檢測器的電流值，並分別結合設定的參考信號，分別輸出一占空比信號；以及至少兩個驅動信號發生器，其中驅動信號發生器的一輸入端和控制器的一輸出端一一對應連接，分別接收控制器輸出的占空比信號，並分別接收一調製載波信號，分別輸出一驅動信號以分別控制逆變單元中的三相逆變橋中的開關器件工作。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器中的各逆變單元的開關器件的驅動信號之間互差一定的角度。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器中的至少兩個逆變單元為兩電平逆變單元。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，多重化逆變器中的至少兩個逆變單元為三電平逆變單元。

根據本發明的有源電力濾波器的一實施例，三電平逆變單元是飛跨電容三電平逆變單元或中點嵌位元型三電平逆變單元。

本發明對比現有技術有如下的有益效果之一：本發明的方案是各個逆變單元從直流母線中點引出接線，分別通過各自對應的中線電感連接到中線。相較於現有技術，本發明能在無需增大直流母線電容的情況下平抑中線電流產生的紋波，提高效率和降低成本並可應用於各種場合。

圖3示出了本發明的具有中線電感的多重化逆變器的一個實施例，請參見圖3，本實施例中的多重化逆變器包括中線N、至少兩個逆變單元100~10n（類似於逆變單元100的至少兩個逆變單元）、多重化逆變器的三相輸出。逆變單元100包括多個開關器件組成的三相逆變橋121、直流母線131、逆變單元輸出電感模組111、中線電感模組141。直流母線包括至少一電容，直流母線131和三相逆變橋121並聯連接。逆變單元輸出電感模組111包括第一相逆變單元輸出電感模組、第二相逆變單元輸出電感模組及第三相逆變單元輸出電感模組，其中每一相逆變單元輸出電感模組包括至少一電感，第一相、第二相和第三相逆變單元輸出電感模組的一端分別對應耦接三相逆變橋121的第一相、第二相和第三相。中線電感模組141包括至少一電感LN1，中線電感模組141的一端耦接直流母線131的中點，另一端耦接多重化逆變器的中線N。多重化逆變器中另外的逆變單元和逆變單元100的結構及連接關係一樣，在此不再贅述。多重化逆變器的三相輸出包括第一相輸出、第二相輸出和第三相輸出，多重化逆變器中的每一逆變單元的第一相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第一相輸出，多重化逆變器中的每一逆變單元的第二相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第二相輸出，多重化逆變器中的每一逆變單元的第三相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第三相輸出。

在本發明一實施例，如圖4所示，多重化逆變器中的每一逆變單元中還包括一中線開關器件，如逆變單元100中包括中線開關器件SW1，逆變單元10n中包括中線開關器件SWn，其中多重化逆變器中的每一逆變單元中的所述中線開關器件串聯連接所述逆變單元的中線電感模組，如逆變單元100中的中線開關器件SW1串聯連接逆變單元100中的中線電感模組141，逆變單元10n中的中線開關器件SWn串聯連接逆變單元10n中的中線電感模組14n。如果多重化逆變器中的每一逆變單元中的中線開關器件閉合，則中線電感模組連接到所述逆變單元的直流母線中點，形成3p4w結構。如果多重化逆變器中的每一逆變單元中的中線開關器件打開，則中線電感模組和所述逆變單元的直流母線中點斷開，形成3p3w架構，因此實現了3p3w和3p4w兩種結構的相容。

在本發明一實施例中，如圖5所示多重化逆變器還可以包括多重化逆變器輸出電感模組13、三個耦接點、三組濾波元件14。其中多重化逆變器輸出電感模組13包括第一相多重化逆變器輸出電感模組、第二相多重化逆變器輸出電感模組及第三相多重化逆變器輸出電感模組，每一相多重化逆變器輸出電感模組包括至少一電感，第一相、第二相和第三相多重化逆變器輸出電感模組分別對應耦接多重化逆變器的第一相、第二相和第三相輸出。

第一相多重化逆變器輸出電感模組的另一端耦接於每一逆變單元的第一相逆變單元輸出電感模組的一端構成第一個耦接點，第二相多重化逆變器輸出電感模組的另一端耦接於每一逆變單元的第二相逆變單元輸出電感模組的一端構成第二個耦接點，第三相多重化逆變器輸出電感模組的另一端耦接於每一逆變單元的第三相逆變單元輸出電感模組的一端構成第三個耦接點。

三組濾波元件14，包括第一組濾波元件、第二組濾波元件和第三組濾波元件，每一組濾波元件包括至少一電容器。第一組、第二組和第三組濾波元件分別對應耦接所述第一個、第二個和第三個耦接點，所述的濾波元件和多重化逆變器輸出電感模組中的電感元件及逆變單元中的逆變單元輸出電感模組中的電感元件構成LCL濾波器以抑制多重化逆變器的輸出諧波。其中每一組濾波元件可以和多重化逆變器的中線N連接，也可以不連接。

每一組濾波元件可以是如圖5所示的至少一電容器，其結構可以是至少兩個電容器的並聯和/或串聯。除了圖5所示的電容器作為濾波元件之外，還可以是電容和電阻組成的阻尼濾波器，也可以是電容和電感組成的陷波器。

較佳的，除了上述的電容器和阻尼濾波器的形式，還可以是如圖6所示的帶有陷波器和阻尼濾波器結構作為濾波元件。其中陷波器結構為圖6中的電容C2和電感L2的串接，阻尼濾波器結構為圖6中的電阻R和電容C1的串接，所述陷波器和所述阻尼濾波器並聯連接。所述的濾波元件和多重化逆變器輸出電感模組中的電感元件及逆變單元中的逆變單元輸出電感模組中的電感元件構成帶有陷波器的LCL濾波器，帶有陷波器的LCL濾波器可以大大減少濾波器設計的難度和體積，且濾波效果也可以得到提高。

如圖7所示為帶有中線電感的三電平逆變器3相4線連接架構的示意圖，輸出電感L1的三相分別連接到三相逆變橋臂中點a、b、c，直流母線中點com通過中線電感LN連接到電網中線N。圖8給出了3相3線與3相4線的不同連接結構不同節點之間的電壓關係圖，可以用來分析電感紋波大小。Vacom、Vbcom、Vccom分別表示橋臂中點對直流母線電容中點的電壓波形。因為是開關調製，所以是開關方波波形。如果3相4線結構採用的是直流母線中點com直接和N相連，則此開關方波將直接載入到電感L1上，電感L1上的紋波將會較大。如果com點和N點沒有直接連接，則可由三相的關係可以推出com和N的電壓關係為： ，可以得到VNcom的電壓波形如圖中VNcom所示，進而根據VNcom與Vacom之間的差值可以得到電感L1上的電壓為VaN。如圖8中所示，基於VNcom與Vacom的波形示意圖，可以看到VaN比較Vacom的紋波（定義為最大值與最小值之間的差值）小，因此在L1電感上造成的紋波較小。因此直流母線中點com和N直接相連的結構造成的電感紋波比不直接相連的結構中的電感紋波大。因此不直接相連的結構如圖7中增加中線電感LN，逆變器輸出電感紋波較小，因此可以減小直流母線電容抑制紋波的壓力，如此以來可以比直流母線中點com和N直接相連的結構減小直流母線電容設計的壓力，電感量也可以設計的較小或和3相3線相同。

如下通過兩個逆變單元組成的多重化逆變器為例講明其工作原理。圖9示出了本發明的交錯並聯的具有中線電感的多重化三電平逆變器的3相4線連接架構。如圖9所示，本實施例中的多重化逆變器包括中線N、兩個逆變單元、多重化逆變器的三相輸出。第一逆變單元包括多個開關器件組成的三相逆變橋208、直流母線210、逆變單元輸出電感模組206、中線電感模組212。對應地，第二逆變單元包括多個開關器件組成的三相逆變橋209、直流母線211、逆變單元輸出電感模組207、中線電感模組213。直流母線210包括至少一電容，直流母線210和三相逆變橋208並聯連接。逆變單元輸出電感模組206包括第一相逆變單元輸出電感模組、第二相逆變單元輸出電感模組及第三相逆變單元輸出電感模組，其中每一相逆變單元輸出電感模組包括至少一電感，第一相、第二相和第三相逆變單元輸出電感模組的一端分別對應耦接三相逆變橋208的第一相、第二相和第三相。中線電感模組212包括至少一電感L3，中線電感模組212的一端耦接直流母線210的中點，另一端耦接多重化逆變器的中線N。多重化逆變器的三相輸出包括第一相輸出、第二相輸出和第三相輸出，每一逆變單元的第一相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第一相輸出，每一逆變單元的第二相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第二相輸出，每一逆變單元的第三相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第三相輸出。逆變單元中還可以包括中線開關器件，中線開關器件串聯連接逆變單元的中線電感模組212。另一逆變單元的結構類似，在此不再贅述。在本發明一實施例中，還可以在如圖9所示的多重化逆變器中引入控制電路。

上述的控制電路由圖9中的電流檢測器200、201、控制器202、203以及驅動信號發生器204、205組成。其中電流檢測器200和多重化逆變器中的第一個逆變單元的輸出電感模組206串聯連接，電流檢測器201和多重化逆變器中的第二個逆變單元的輸出電感模組207串聯連接。電流檢測器200、201的作用是採樣對應的逆變單元的輸出電流。

控制器202的輸入端連接電流檢測器200的輸出端，控制器203的輸入端連接電流檢測器201的輸出端。控制器202、203的作用是接收來自電流檢測器200、201的電流值，結合設定的設定的參考信號，得到對應的逆變單元的占空比信號（Duty for inverter），將這一信號分別輸送到驅動信號發生器204、205。

驅動信號發生器204的輸入端連接控制器202的輸出端，驅動信號發生器205的輸入端連接控制器203的輸出端。驅動信號發生器204、205的作用是分別將對應的占空比信號和第一調製載波信號、第二調製載波信號進行比較，得到對應的逆變單元中開關器件的驅動信號。

在上述結構中，兩個逆變單元的調製載波信號是相互差180度的。對應於互差180度的調製載波信號，兩個逆變單元開關器件的驅動信號之間也會互差180度，對應的輸出電流波形也會互差180度。此互差180度的輸出電流會在電感L1、L2連接處匯合。如果逆變單元的數量有n個，則各逆變單元的開關器件的驅動信號之間互差360/n度。由於電流紋波相差180度，在總電流上會有相互抵消的現象。也就是說，控制電路消除的是1倍開關頻率的諧波。如果單個逆變器的開關週期是30KHz，在電流相互疊加抵消後的電流波形只呈現60KHz及其以上頻率的波形，也即2倍開關頻率及其以上的開關波形。因此多重化逆變器可以減小濾波器及直流母線電容設計的壓力。

圖10是在圖9基礎上增加了陷波器和阻尼濾波器共同構成的濾波元件和輸出電感的結構，陷波器可設計在2倍開關頻率附近（可有15%的誤差）的位置，阻尼濾波器設計濾除更高頻率的諧波，這樣可以進一步抑制多重化逆變器的輸出諧波。

圖11示出了本發明的交錯並聯的具有中線電感的多重化兩電平逆變器的3相4線連接架構。圖11的實施例是在傳統的多重化兩電平逆變器的基礎上增加了中線電感和控制電路，控制電路的細化結構和圖9相同。兩個兩電平逆變單元從直流母線中點引出接線，分別通過各自對應的中線電感L3和L4連接到中線N。

多重化逆變器中各逆變單元除了可以是如圖9所示的中點嵌位型三電平逆變單元，還可以是其它的逆變單元。例如，如圖12示出了本發明的交錯並聯飛跨電容型的具有中線電感的多重化三電平逆變器的3相4線連接架構。圖12的實施例是在傳統的交錯並聯飛跨電容型的多重化三電平逆變器的基礎上增加了中線電感和控制電路，控制電路的細化結構和圖9相同。兩個三電平逆變單元從直流母線中點引出接線，分別通過各自對應的中線電感L3和L4連接到中線N。

上述的多重化逆變器在本發明中是應用在有源電力濾波（APF）系統中，圖13示出了設置了這種多重化逆變器的有源電力濾波系統。圖13僅為示例，上述的多種多重化逆變器的結構（例如多重化逆變器是交錯並聯的兩電平逆變器、或者交錯並聯的三電平逆變器、或者飛跨電容三電平逆變器、或者帶有或不帶有濾波元件）都可以應用在有源電力濾波系統中。

在圖13中，連接在電網節點90處的有源電力濾波系統94包括諧波檢測提取電路和多重化三電平逆變器，多重化三電平逆變器包含了濾波元件940、控制電路和中線電感LN1、LN2，濾波元件940和控制電路的具體結構的描述在前述內容中已經詳細描述，故在此不再贅述。諧波檢測提取電路檢測非線性負載92（例如整流二極體）的電流，檢測其中的諧波和無功電流成分，將其作為多重化逆變器的電流給定參考值，逆變器的控制器根據這一電流參考值控制逆變器的輸出電流，而這兩個逆變單元的載波相互差180度或者通過其他方式使兩個逆變單元的電流開關次諧波可以相互抵消，之後經過高頻濾波器組（濾波元件）940，消除2倍開關次諧波，並抑制更高次諧波，再經過輸出電感後輸出。中線電感LN1和LN2分別連接兩個逆變單元的直流母線中點和N線，中間還可以串接選配開關SW1和SW2，從而可以選配3相3線和3相4線制兩種模式的相容。

上述實施例是提供給本領域普通技術人員來實現和使用本發明的，本領域普通技術人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發明的發明範圍並不被上述實施例所限，而應該是符合申請專利範圍所提到的進步性特徵的最大範圍。

N．．．中線

100、10n．．．逆變單元

121、12n、208．．．三相逆變橋

131、13n、210．．．直流母線

111、11n、206、207．．．輸出電感模組

141、14n、212．．．中線電感模組

LN．．．中線電感

LN1、LN2、L1、L2、L3、L4．．．電感

C1、C2．．．電容

R．．．電阻

SW1、SWn．．．中線開關器件

13．．．多重化逆變器輸出電感模組

14．．．濾波元件

a、b、c．．．三相逆變橋臂中點

Vacom、Vbcom、Vccom、VNcom、VaN．．．電壓

200、201．．．電流檢測器

202、203．．．控制器

204、205．．．驅動信號發生器

90．．．電網節點

94．．．有源電力濾波系統

940．．．濾波元件

92．．．非線性負載

圖1示出了傳統的二電平逆變器3相4線連接架構的示意圖。

圖2示出了傳統的三電平逆變器3相4線連接架構的示意圖。

圖3示出了本發明的具有中線電感的多重化逆變器的一個實施例的示意圖。

圖4示出了本發明的具有中線電感的多重化逆變器的另一實施例的示意圖。

圖5示出了本發明的具有中線電感的多重化逆變器的另一實施例的示意圖。

圖6示出了本發明的濾波元件的一實施例的示意圖。

圖7示出了本發明的帶有中線電感的三電平逆變器3相4線連接架構的示意圖。

圖8示出了本發明的3相3線與3相4線的不同連接結構電感紋波分析圖。

圖9示出了本發明一實施例的交錯並聯的具有中線電感的多重化三電平逆變器的3相4線連接架構。

圖10示出了本發明另一實施例的交錯並聯的具有中線電感的多重化三電平逆變器的3相4線連接架構。

圖11示出了本發明的交錯並聯的具有中線電感的多重化兩電平逆變器的3相4線連接架構。

圖12示出了本發明的交錯並聯飛跨電容型的具有中線電感的多重化三電平逆變器的3相4線連接架構。

圖13本發明的安裝了具有中線電感的多重化三電平逆變器的有源電力濾波器的實施例的結構圖。

N．．．中線

100、10n．．．逆變單元

111、11n．．．輸出電感模組

121、12n．．．三相逆變橋

131、13n．．．直流母線

141、14n．．．中線電感模組

LN．．．中線電感

Claims (17)

1. 一種多重化逆變器，包括：
     一中線；
     至少兩個逆變單元，其中該每一逆變單元包括：
     複數個個開關器件組成的一三相逆變橋；
     一直流母線，包括至少一電容，該直流母線和該三相逆變橋並聯連接；以及
     一逆變單元輸出電感模組，包括一第一相逆變單元輸出電感模組、一第二相逆變單元輸出電感模組及一第三相逆變單元輸出電感模組，其中該每一相逆變單元輸出電感模組包括至少一電感，該第一相、該第二相和該第三相逆變單元輸出電感模組的一端分別對應耦接該三相逆變橋的第一相、第二相和第三相；
     一中線電感模組，包括至少一電感，該中線電感模組的一端耦接至該直流母線的中點，該中線電感模組的另一端耦接至該多重化逆變器的中線；
     多重化逆變器的三相輸出，包括一第一相輸出、一第二相輸出和一第三相輸出，該每一逆變單元的該第一相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成該多重化逆變器的乾第一相輸出，該每一逆變單元的該第二相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第二相輸出，所述每一逆變單元的第三相逆變單元輸出電感模組的另一端耦接在一起構成多重化逆變器的第三相輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所述的多重化逆變器，該至少兩個逆變單元中的該每一逆變單元還包括一中線開關器件，該中線開關器件串聯連接該逆變單元的該中線電感模組。
3. 如申請專利範圍第1項所述的多重化逆變器，該多重化逆變器還包括：
     一多重化逆變器輸出電感模組，包括一第一相多重化逆變器輸出電感模組、一第二相多重化逆變器輸出電感模組及一第三相多重化逆變器輸出電感模組，該每一相多重化逆變器輸出電感模組包括至少一電感，該第一相、該第二相和該第三相多重化逆變器輸出電感模組分別對應耦接該多重化逆變器的該第一相、該第二相和該第三相輸出；
     三個耦接點，該每一逆變單元的該第一相逆變單元輸出電感模組的另一端和該第一相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成一第一個耦接點，該每一逆變單元的第二相逆變單元輸出電感模組的另一端和第二相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成一第二個耦接點，該每一逆變單元的該第三相逆變單元輸出電感模組的另一端和該第三相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成一第三個耦接點；以及三組濾波元件，包括一第一組濾波元件、一第二組濾波元件和一第三組濾波元件，該每一組濾波元件包括至少一電容器，該第一組、該第二組和該第三組濾波元件分別對應耦接該第一個、該第二個和該第三個耦接點。
4. 如申請專利範圍第3項所述的多重化逆變器，該每一組濾波元件包括至少兩個電容器並聯和/或串聯。
5. 如申請專利範圍第3項所述的多重化逆變器，該每一組濾波元件包括一電容和一電阻組成的一阻尼濾波器。
6. 如申請專利範圍第3項所述的多重化逆變器，該每一組濾波元件包括一電容和一電感組成的一陷波器。
7. 如申請專利範圍第3項所述的多重化逆變器，該每一組濾波元件包括一電容、一電感組成的一陷波器和一電容、一電阻組成的一阻尼濾波器，其中該陷波器和該阻尼濾波器並聯連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述的多重化逆變器，該多重化逆變器還包括：
     至少兩個電流檢測器，其中該每一逆變單元包括一電流檢測器，該電流檢測器和該逆變單元的該逆變單元輸出電感模組串聯連接，用以採樣該逆變單元的輸出電流；以及
     一控制電路，包括：
      至少兩個控制器，其中該控制器的一輸入端和該電流檢測器的一輸出端一一對應連接，分別接收來自該電流檢測器的電流值，並分別結合一設定的參考信號，分別輸出一占空比信號；以及
      至少兩個驅動信號發生器，其中該驅動信號發生器的一輸入端和該控制器的一輸出端一一對應連接，分別接收該控制器輸出的該占空比信號，並分別接收一調製載波信號，分別輸出一驅動信號以分別控制該逆變單元中的該三相逆變橋中的開關器件工作。
9. 如申請專利範圍第1項所述的多重化逆變器，該至少兩個逆變單元中各該逆變單元的該開關器件的該驅動信號之間互差一定的角度。
10. 如申請專利範圍第1項所述的多重化逆變器，該至少兩個逆變單元為兩電平逆變單元。
11. 如申請專利範圍第1項所述的多重化逆變器，該至少兩個逆變單元為一三電平逆變單元。
12. 如申請專利範圍第11項所述的多重化逆變器，該三電平逆變單元是飛跨一電容三電平逆變單元或一中點嵌位元型三電平逆變單元。
13. 一種有源電力濾波系統，包括：
      一諧波檢測提取電路，該諧波檢測提取電路檢測該有源電力濾波系統的一非線性負載電流，輸出一設定的參考信號；以及
      如權利要求1-12所述的任一多重化逆變器，該多重化逆變器接收該設定的參考信號，輸出逆變交流電以補償該非線性負載產生的無功成分。
14. 如申請專利範圍第13項所述的有源電力濾波系統，該多重化逆變器中的該至少兩個逆變單元中的該每一逆變單元還包括一中線開關器件，該中線開關器件串聯連接該逆變單元的該中線電感模組。
15. 如申請專利範圍第13項所述的有源電力濾波系統，該多重化逆變器還包括：
      一多重化逆變器輸出電感模組，包括一第一相多重化逆變器輸出電感模組、一第二相多重化逆變器輸出電感模組及一第三相多重化逆變器輸出電感模組，該每一相多重化逆變器輸出電感模組包括至少一電感，該第一相、該第二相和該第三相多重化逆變器輸出電感模組分別對應耦接該多重化逆變器的該第一相、該第二相和該第三相輸出；
      三個耦接點，該每一逆變單元的該第一相逆變單元輸出電感模組的另一端和該第一相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成一第一個耦接點，該每一逆變單元的該第二相逆變單元輸出電感模組的另一端和該第二相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成一第二個耦接點，該每一逆變單元的第三相逆變單元輸出電感模組的另一端和該第三相多重化逆變器輸出電感模組的連接點構成一第三個耦接點；以及
      三組濾波元件，包括一第一組濾波元件、一第二組濾波元件和一第三組濾波元件，該每一組濾波元件包括至少一電容器，該第一組、該第二組和該第三組濾波元件分別對應耦接該第一個、該第二個和該第三個耦接點。
16. 如申請專利範圍第15項所述的有源電力濾波系統，該多重化逆變器還包括一控制電路，該控制電路包括：
      至少兩個電流檢測器，其中該每一逆變單元包括一電流檢測器，該電流檢測器和該逆變單元的該逆變單元輸出電感模組串聯連接，用以採樣該逆變單元的輸出電流；以及
      一控制電路，包括：
       至少兩個控制器，其中該控制器的一輸入端和該電流檢測器的一輸出端一一對應連接，分別接收來自該電流檢測器的電流值，並分別結合該設定的參考信號，分別輸出一控制信號；以及
       至少兩個驅動信號發生器，其中該驅動信號發生器的一輸入端和該控制器的一輸出端一一對應連接，分別接收該控制器輸出的該控制信號，分別輸出一驅動信號以分別控制該逆變單元中的該三相逆變橋中的開關器件工作。
17. 如申請專利範圍第13項所述的有源電力濾波系統，該多重化逆變器中的該至少兩個逆變單元為一三電平逆變單元。