本發(fā)明涉及一種三電平微網(wǎng)變流器。
背景技術：
微網(wǎng)變流器可實現(xiàn)交流電網(wǎng)電能與儲能電池電能之間的能量雙向傳遞，其不僅可以快速有效地實現(xiàn)平抑分布式發(fā)電系統(tǒng)隨機電能或潮流的波動，提高電網(wǎng)對大規(guī)模可再生能源發(fā)電，如風能、光伏的接納能力，且可以接受調(diào)度指令，吸納或補充電網(wǎng)的峰谷電能，及提供無功功率，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和經(jīng)濟效益。
目前，微網(wǎng)變流器的市場應用主要以兩電平為主，兩電平變流器柜內(nèi)的電抗器、濾波器體積較大，系統(tǒng)效率低、諧波含量高、應用成本高。與兩電平電路相比，三電平電路具有一系列優(yōu)點：輸出電壓波形為多電平，諧波小，所需的濾波電感量小，有利于降低系統(tǒng)成本和損耗；開關損耗小，效率高；開關動作時的電壓變化率小，引起的EMI小等，成為業(yè)內(nèi)的研究熱點。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有兩電平技術的缺點，提出一種基于三電平電路拓撲結(jié)構(gòu)的微網(wǎng)變流器。本發(fā)明具有整機變流模塊小，轉(zhuǎn)換效率高，成本低等優(yōu)點。
本發(fā)明三電平微網(wǎng)變流器包括與外部直流電源連接的直流支撐電路、與直流支撐電路連接的三電平橋式電路、與三電平橋式電路連接的交流側(cè)濾波電路、與交流側(cè)濾波電路連接的隔離變壓器和與隔離變壓器連接的并離網(wǎng)切換電路，并離網(wǎng)切換電路的另一端分別與外部電網(wǎng)和負載連接。所述的直流支撐電路包括并聯(lián)在直流母線上的預充電回路、與預充電回路連接的均壓電阻及與均壓電阻連接的母線電容，母線電容的另一端與三電平橋式電路連接；三電平橋式電路包括并聯(lián)在母線電容兩端的三相橋臂和與三相橋臂連接的吸收電容，每相橋臂的中點引出三相相線；三相相線經(jīng)過交流側(cè)濾波電路與隔離變壓器相連，再通過切換開關分別與電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)連接。
本發(fā)明還具有如下技術特征：所述的直流支撐電路母線電容由兩個電容串聯(lián)或由多個電容串聯(lián)及并聯(lián)組成，所述的三電平橋式電路采用T型結(jié)構(gòu)，所述的交流側(cè)濾波電路為L型、LC型或LCL型。
本發(fā)明的效果：
本電路具有四象限運行功能，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動及并離網(wǎng)模式間的切換運行。膜電容做直流母線支撐，采用預充電回路保護母線電容；均壓電阻與放電電阻復用一組電阻，節(jié)約成本的同時減少空間占用；T型三電平橋式電路輸出電平多開關損耗小，交流側(cè)濾波電路用來濾除PWM調(diào)制產(chǎn)生的開關諧波，提升系統(tǒng)的效率和電能質(zhì)量；同時具備星三角聯(lián)結(jié)的隔離變壓器，滿足帶不平衡負載的能力。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的電氣結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式進一步說明本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明拓撲結(jié)構(gòu)包括與外部直流電源連接的直流支撐電路、與直流支撐電路連接的三電平橋式電路、與三電平橋式電路連接的交流側(cè)濾波電路、與交流側(cè)濾波電路連接的隔離變壓器和與隔離變壓器連接的并離網(wǎng)切換電路，并離網(wǎng)切換電路的另一端分別與外部電網(wǎng)和負載連接。所述的直流支撐電路包括并聯(lián)在直流母線上的預充電回路、與預充電回路連接的均壓電阻及與均壓電阻連接的母線電容，母線電容的另一端與三電平橋式電路連接。三電平橋式電路包括并聯(lián)在母線電容兩端的三相橋臂和與三相橋臂連接的吸收電容，每相橋臂的中點引出U、V、W三相相線；U、V、W三相相線經(jīng)過交流側(cè)濾波電路與隔離變壓器T1相連，再通過切換開關分別與電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)連接。
所述的預充電回路由第二接觸器Q2和第一電阻R1串聯(lián)組成，預充電回路跨接在第一斷路器Q1的兩端，第一斷路器Q1的兩端分別與外部直流電源及均壓電阻連接，用于保護母線電容，避免直流側(cè)電壓突加母線電容時產(chǎn)生的沖擊電流。
所述的母線電容由第一電容C1和第二電容C2串聯(lián)組成，母線電容跨接在直流母線的兩端，串聯(lián)的第一電容C1和第二電容C2的中點作為零電平輸出，依據(jù)容量需求可采用兩個串聯(lián)或由多個電容串聯(lián)及并聯(lián)組成。
所述的均壓電阻由第二電阻R2和第三電阻R3串聯(lián)組成，均壓電阻跨接在母線電容的兩端。串聯(lián)的第二電阻R2和第三電阻R3的中點與母線電容的中點相連，用于均衡電容串聯(lián)電壓的分配，同時在直流側(cè)斷電期間用于泄放母線電容的電壓。
所述的三相橋臂為T型結(jié)構(gòu)，以U相橋臂為例，橋臂由第一開關管T1、第二開關管T2、第三開關管T3和第四開關管T4組成。第一開關管T1與第四開關管T4串聯(lián)后跨接在直流母線的兩端，第二開關管T2與第三開關管T3串聯(lián)后跨接在母線的中性點與第一開關管T1、第四開關管T4的中點。其中第一開關管T1和第四開關管T4作為主開關管，第二開關管T2和第三開關管T3組成雙向開關，實現(xiàn)鉗位功能，使得每相獲得+Udc/2、0、-Udc/2三種電平。其余V相橋臂及W相橋臂的結(jié)構(gòu)和U相橋臂相同。
所述的吸收電容由六個電容CU3、CU4、CV3、CV4、CW3、CW4組成，其中第一吸收電容CU3與第二吸收電容CU4串聯(lián)后跨接于U相橋臂的兩端，第三吸收電容CV3與第四吸收電容CV4串聯(lián)后跨接于V相橋臂的兩端，第五吸收電容CW3與第六吸收電容CW4串聯(lián)后跨接于W相橋臂的兩端，用于吸收回路雜散電感引起的尖峰電壓，避免開關管損壞。
所述的交流側(cè)濾波電路用來濾除PWM調(diào)制產(chǎn)生的開關諧波，保證輸出電能質(zhì)量，可以采用L、LC或LCL等拓撲，也可以直接利用隔離變壓器的原邊漏感作為濾波回路。圖1所示為LC型，由第一電抗器L1和第五電容C5組成，其中第五電容C5前端串接三個電阻R4、R5、R6，可有效阻尼諧振尖峰。
所述的隔離變壓器T1為Dyn聯(lián)結(jié)，起到抑制諧波和帶不平衡負載的作用。
所述的并離網(wǎng)切換電路由第三接觸器Q3、第四接觸器Q4、第五斷路器Q5、第六斷路器Q6組成；其中第三接觸器Q3的一端連接隔離變壓器T1，另一端與第四接觸器Q4的串聯(lián)，第四接觸器Q4的另一端與第五斷路器Q5串聯(lián)，第五斷路器Q5的另一端作為電網(wǎng)接入端；第六斷路器Q6的一端接于第三接觸器Q3與第四接觸器Q4的串聯(lián)中點，第六斷路器Q6的另一端作為負載接入端。第五斷路器Q5和第六斷路器Q6作為配電開關，第三接觸器Q3和第四接觸器Q4作為控制開關，實現(xiàn)不同工作模式下電路的切換。
本發(fā)明的工作過程如下：微網(wǎng)變流器先以電壓源模式啟動，檢測電網(wǎng)電壓是否滿足并網(wǎng)條件，如符合則閉合并網(wǎng)切換電路運行于并網(wǎng)模式；如不符合則斷開并網(wǎng)電路運行于離網(wǎng)模式，同時依據(jù)系統(tǒng)的調(diào)度指令實現(xiàn)充放電，充電方式依據(jù)當前蓄電池組狀態(tài)選擇適宜的充電曲線運行。