本發(fā)明涉及發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用載波脈沖調(diào)制技術(shù)的并聯(lián)式三電平逆變電路。

背景技術(shù)：

新能源發(fā)電成為當(dāng)下流行的趨勢(shì)，光伏、風(fēng)力等清潔能源取之不盡，污染小的特點(diǎn)，國家大量增加光伏裝機(jī)容量，一些光伏發(fā)電逆變器或其他分布式電源并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的諧波影響很大，單個(gè)逆變器并網(wǎng)輸出電流能力有限，電流紋波與功率開關(guān)器件頻率成反比，減小紋波就要增大開關(guān)頻率，對(duì)器件的損耗相應(yīng)增大，容易造成威脅并網(wǎng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

隨著并網(wǎng)逆變器功率的提高，輸出電流增大，原有的電感器相比之下就要適當(dāng)增大電感值才能達(dá)到濾出紋波和諧波的效果，但會(huì)加大逆變器體積，同時(shí)增加成本。

上述內(nèi)容僅用于輔助理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不代表承認(rèn)上述內(nèi)容是現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種采用載波脈沖調(diào)制技術(shù)的并聯(lián)式三電平逆變電路，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在威脅并網(wǎng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，以及加大逆變器體積和成本的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種采用載波脈沖調(diào)制技術(shù)的并聯(lián)式三電平逆變電路，所述逆變電路包括：均壓電路、多個(gè)三相三電平逆變器、電流檢測(cè)電路、控制器和驅(qū)動(dòng)模塊；

所述均壓電路，用于對(duì)輸入的直流電能進(jìn)行均壓處理，得到直流側(cè)中心點(diǎn)位，所述直流側(cè)中心點(diǎn)位與交流側(cè)的n線連接；

各三相三電平逆變器并聯(lián)，分別用于在驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)下將均壓處理后的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能；

所述電流檢測(cè)電路，用于檢測(cè)所述交流電能的電流值，并將檢測(cè)的電流值作為反饋電流；

所述控制器，用于根據(jù)所述反饋電流生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至所述驅(qū)動(dòng)模塊。

優(yōu)選地，所述均壓電路包括：兩個(gè)串聯(lián)的電容，各電容分別并聯(lián)有阻值相同的無源器件。

優(yōu)選地，所述三相三電平逆變器具有兩個(gè)，且分別并聯(lián)在直流側(cè)；

優(yōu)選地，所述逆變電路還包括：濾波輸出電感；

所述濾波輸出電感，用于對(duì)所述交流電能進(jìn)行濾波，并將濾波后的交流電能輸出。

優(yōu)選地，所述濾波輸出電感包括：兩組從電感器和一組總電感器，所述從電感器分別對(duì)應(yīng)于所述三相三電平逆變器；

各組從電感器的第一端與對(duì)應(yīng)的三相三電平逆變器的輸出端連接，各組從電感器的第二端與所述總電感器的第一端相連。

優(yōu)選地，所述電流檢測(cè)電路與所述總電感器的第二端以及各組從電感器的第一端分別連接。

優(yōu)選地，各三相三電平逆變器分別包括多個(gè)橋臂，各橋臂分別包括四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管igbt。

優(yōu)選地，所述三相三電平逆變器之間的對(duì)應(yīng)橋臂并聯(lián)連接，對(duì)應(yīng)的橋臂之間的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的載波相位相反、且調(diào)制波相同。

本發(fā)明通過多個(gè)三相三電平逆變器分別在驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)下將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，控制器根據(jù)電流檢測(cè)電路檢測(cè)到的反饋電流生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至所述驅(qū)動(dòng)模塊，從而避免了單個(gè)逆變器并網(wǎng)輸出電流能力有限，無需增大開關(guān)頻率，減低了對(duì)器件的損耗，避免了對(duì)并網(wǎng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性造成威脅，另外，無需增大電感值仍可達(dá)到濾除紋波和諧波，不會(huì)增加逆變電路的體積和成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的采用載波脈沖調(diào)制技術(shù)的并聯(lián)式三電平逆變電路的第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)式三電平逆變器的總體拓?fù)淇驁D；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的四個(gè)三角載波生成圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的同一橋臂上載波層疊調(diào)制和并聯(lián)臂間載波移相調(diào)制示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的電流閉環(huán)控制圖。

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種采用載波脈沖調(diào)制技術(shù)的并聯(lián)式三電平逆變電路，所述逆變電路包括：均壓電路、多個(gè)三相三電平逆變器、電流檢測(cè)電路、控制器和驅(qū)動(dòng)模塊；

所述均壓電路，用于對(duì)輸入的直流電能進(jìn)行均壓處理，得到直流側(cè)中心點(diǎn)位，所述直流側(cè)中心點(diǎn)位與交流側(cè)的n線連接；

各三相三電平逆變器并聯(lián)，分別用于在驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)下將均壓處理后的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能；

所述電流檢測(cè)電路，用于檢測(cè)所述交流電能的電流值，并將檢測(cè)的電流值作為反饋電流；

所述控制器，用于根據(jù)所述反饋電流生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至所述驅(qū)動(dòng)模塊。

本實(shí)施例通過多個(gè)三相三電平逆變器分別在驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)下將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，控制器根據(jù)流檢測(cè)電路檢測(cè)到的反饋電流生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至所述驅(qū)動(dòng)模塊，從而避免了單個(gè)逆變器并網(wǎng)輸出電流能力有限，無需增大開關(guān)頻率，減低了對(duì)器件的損耗，避免了對(duì)并網(wǎng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性造成威脅，另外，無需增大電感值仍可達(dá)到濾除紋波和諧波，不會(huì)增加逆變電路的體積和成本。

為便于保證均壓效果，參照?qǐng)D2，所述均壓電路包括：兩個(gè)串聯(lián)的電容，各電容分別并聯(lián)有阻值相同的無源器件。

為便于對(duì)所述直流電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本實(shí)施例中，所述三相三電平逆變器具有兩個(gè)，且分別并聯(lián)在直流側(cè)；

為便于對(duì)所述交流電進(jìn)行濾波，本實(shí)施例中，所述逆變電路還包括：濾波輸出電感；

所述濾波輸出電感，用于對(duì)所述交流電能進(jìn)行濾波，并將濾波后的交流電能輸出。

為便于對(duì)兩個(gè)三相三電平逆變器轉(zhuǎn)換的交流電源分別進(jìn)行濾波，并對(duì)匯合后的交流電源進(jìn)行再次濾波，本實(shí)施例中，所述濾波輸出電感包括：兩組從電感器和一組總電感器，所述從電感器分別對(duì)應(yīng)于所述三相三電平逆變器；

各組從電感器的第一端與對(duì)應(yīng)的三相三電平逆變器的輸出端連接，各組從電感器的第二端與所述總電感器的第一端相連。

為便于從電感器輸入端的電流進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)總電感器輸出端的電流進(jìn)行檢測(cè)，所述電流檢測(cè)電路與所述總電感器的第二端以及各組從電感器的第一端分別連接。

在具體實(shí)現(xiàn)中，各三相三電平逆變器分別包括多個(gè)橋臂，各橋臂分別包括四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管igbt，四個(gè)igbt進(jìn)行串聯(lián)連接，且多個(gè)橋臂之間并聯(lián)連接。

相應(yīng)地，所述三相三電平逆變器之間的對(duì)應(yīng)橋臂并聯(lián)連接，對(duì)應(yīng)的橋臂之間的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的載波相位相反(即相位相差180°)、且調(diào)制波相同，由于使用并聯(lián)橋臂間載波移相，每個(gè)并聯(lián)橋臂連接電感器輸出的電流紋波幅值相等，相位由載波相位差導(dǎo)致相反，故并聯(lián)橋臂輸出匯總的到總電感器上電流紋波相互抵消。

開關(guān)頻率等效為單個(gè)逆變器的兩倍，總電感器上的電流紋波與igbt的開關(guān)頻率和電感壓降△ul有關(guān)，紋波頻率接近開關(guān)頻率，則總輸出電流紋波開關(guān)頻率相比單個(gè)三電平逆變器開關(guān)頻率高很多，相比之下濾波電感的截止頻率遠(yuǎn)低于使用載波移相的并聯(lián)逆變器的開關(guān)頻率，因此電感紋波電流衰減量大，輸出到電網(wǎng)的紋波電流少很多。

另外，可對(duì)橋臂上的四個(gè)igbt使用載波層疊技術(shù)，并聯(lián)橋臂間使用載波移相調(diào)制提高輸出電流開關(guān)頻率，對(duì)于整個(gè)逆變器電流采樣后使用電流閉環(huán)控制，每個(gè)并聯(lián)逆變器均進(jìn)行電流閉環(huán)控制，并聯(lián)逆變器相同橋臂輸出端分別連接從電感器后合成一相做為輸出與網(wǎng)側(cè)母線通過總電感器相連，這種并聯(lián)式三電平逆變器加以電流閉環(huán)控制，減小了并聯(lián)逆變器因并聯(lián)造成的環(huán)流，且成倍提高逆變器等效開關(guān)頻率，抑制諧波，再者并聯(lián)后的逆變器輸出電流成倍提高，紋波減小。

參照?qǐng)D2，兩個(gè)并聯(lián)的逆變器單個(gè)橋臂輸出側(cè)電感器相連再通過總電感器和交流網(wǎng)側(cè)相連，共有三個(gè)電流取樣點(diǎn)分別為逆變器1三相交流輸出點(diǎn)、逆變器2三相交流輸出點(diǎn)及交流網(wǎng)側(cè)饋線。三個(gè)部分電流分別通過電流檢測(cè)電路1、電流檢測(cè)電路2及電流檢測(cè)電路3采樣，并傳輸至控制器，所述控制器采用可編程硬件邏輯器件(fpga)，fpga主要完成三相調(diào)制波生成，并聯(lián)三電平逆變器載波移相使用的四個(gè)三角波生成，以及控制兩個(gè)逆變器各橋臂的igbt的pwm信號(hào)生成。

如圖3所示為a相四個(gè)三角載波生成圖。三角載波1與2為同相，在y軸上平移，三角載波1移相t/n得到三角載波3，使用兩個(gè)單元并聯(lián)n＝2，得到三角載波3移相角為180°，三角載波2移相180°得到三角載波4。

如圖4所示，三電平逆變器的單個(gè)橋臂中含有四個(gè)開關(guān)器件igbt，根據(jù)三電平控制策略，導(dǎo)通和關(guān)斷方式為1和2管導(dǎo)通，3和4管關(guān)斷，或2和3管導(dǎo)通，1和4管關(guān)斷，或1和2管關(guān)斷，3和4管開通。本實(shí)施例中對(duì)于a相橋臂上四個(gè)igbt的使用載波層疊調(diào)制，需要兩個(gè)三角載波。管1和管3為一對(duì)互補(bǔ)pwm波，管2和管4為一對(duì)互補(bǔ)pwm波，該橋臂的調(diào)制信號(hào)相同。三角載波1和2頻率、相位相同，幅值在y軸上平移。三角載波1和調(diào)制波比較生成互補(bǔ)pwm信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)管1和管3，三角載波2和調(diào)制波比較生成互補(bǔ)pwm信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)管2和管4。并聯(lián)逆變器a相橋臂同樣使用載波層疊，使用兩路同相層疊三角波，但三角載波3在三角載波1基礎(chǔ)上相位移180°，三角載波4在三角載波2基礎(chǔ)上相位移180°，三角載波3和調(diào)制波比較生成兩路pwm控制并聯(lián)橋臂的管1和管3，三角載波4和調(diào)制波比較生成兩路pwm控制并聯(lián)橋臂的管2和管4，對(duì)于并聯(lián)橋臂之間為載波移相調(diào)制。b相和c相并聯(lián)橋臂分別使用b相調(diào)制波和c相調(diào)制波與三角載波比較得到pwm信號(hào)驅(qū)動(dòng)b相和c相的8個(gè)igbt。

逆變器輸出電流的紋波與開關(guān)頻率f和電感上壓降△u有關(guān)，

△u＝u1-ussin(wt+φ)，△u＝l*di/t，ussin(wt+φ)為網(wǎng)側(cè)電壓，u1為逆變器電感器之前的電壓，實(shí)施例使用三電平逆變技術(shù)，使an電位為u/2、0、-u/2，比兩電平輸出u、-u電壓小u/2，則三電平u1＝u/2，兩電平u1＝u。則三電平△u＝l*di/t在同樣電感下的di/t相對(duì)較小，電流輸出紋波比兩電平小，并聯(lián)后使用載波移相，逆變器1輸出電流紋波與逆變器2輸出紋波幅值相等，相位相反，輸出點(diǎn)匯合到總電感器上的電流紋波相互抵消，減小逆變器輸出電流紋波。

如圖5所示，反饋電流if由電流采樣模塊采樣得到，對(duì)網(wǎng)側(cè)電壓作abc-dq變化得到與網(wǎng)側(cè)電壓同相位的相位角，實(shí)時(shí)跟蹤鎖定網(wǎng)側(cè)相位，給定逆變器輸出電流指令幅值，與網(wǎng)側(cè)相位角通過乘法器相乘得到指令電流信號(hào)，與反饋電流if做差，調(diào)節(jié)比例系數(shù)kp，得到調(diào)制波。

需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者系統(tǒng)不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者系統(tǒng)所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括該要素的過程、方法、物品或者系統(tǒng)中還存在另外的相同要素。

上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。