一種三相升壓型三電平逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域的逆變器，尤其涉及一種三相升壓型三電平 逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆變器作為一種電力電子設(shè)備，其基本作用是將直流輸入電源轉(zhuǎn)換成交流電源， 滿足負(fù)載或電網(wǎng)的負(fù)荷要求。其中單相逆變器主要應(yīng)用在中小功率場合，結(jié)構(gòu)簡單、成本較 低；而三相逆變器由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，適用于更大功率場合，廣泛應(yīng)用在光伏并網(wǎng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、 航空電源等各種工業(yè)場合。
[0003] 傳統(tǒng)三相逆變器主要包括三相半橋型兩電平逆變器拓?fù)?、三相中點(diǎn)鉗位型三電平 逆變器等拓?fù)?，其共同特點(diǎn)是輸出電壓幅值低于輸入電壓、屬于降壓型逆變器。而上述降壓 型逆變器一般需要直流母線電壓大于等于倍的輸出交流電壓幅值。在實(shí)際應(yīng)用中的升 壓場合，逆變器需要連接變壓器或者前級升壓變換器，來提高輸出電壓幅值、降低系統(tǒng)對直 流母線電壓幅值的要求。然而，變壓器或者前級升壓變換器的接入也會引起逆變器體積增 大、成本增加、電能轉(zhuǎn)換效率降低等問題。同時(shí)，無變壓器型逆變器在應(yīng)用過程中，開關(guān)管高 頻通斷也造成逆變器共模電壓高頻變化，在光伏并網(wǎng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種工業(yè)應(yīng)用中引起共 模問題，影響系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行、甚至威脅人身安全。因而，亟需新型三相升壓型逆變器解 決上述問題。
[0004] 中國專利申請?zhí)?01410020413. 6,名稱為單級升壓逆變器非隔離光伏并網(wǎng)發(fā)電 系統(tǒng)及其控制方法，該專利申請?zhí)岢鲆环N光伏逆變器，在傳統(tǒng)三相半橋型兩電平逆變器的 基礎(chǔ)上引入耦合電感無源網(wǎng)絡(luò)將逆變器的電源與主電路相耦合，結(jié)合其公布的控制方案， 實(shí)現(xiàn)升壓功能的同時(shí)抑制共模電流。然而該申請案提出的逆變器方案屬于兩電平逆變器， 限制了其在中高電壓場合的應(yīng)用。CarloCecati等人2004年在IEEETransactionson PowerElectronics發(fā)表的文章Anovelthree-phasesingle-stagedistributedpower inverter中提出一種基于Boost直流變換器的三相單級式逆變器，該逆變器輸出電壓幅值 大于等于輸入直流電壓幅值且具有較好的共模抑制能力；但該逆變器屬于兩電平逆變器， 在高電壓電能變換場合，存在開關(guān)管電壓應(yīng)力高、輸出電壓諧波含量高、損耗大等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供直流電壓利用率較高，能夠適 用于升壓應(yīng)用場合并具備共模抑制能力的一種三相升壓型三電平逆變器。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種三相升壓型三電平逆變器，其第一種電路形式包括直流母線、十二個(gè)開關(guān)管、 六個(gè)二極管、三個(gè)電感和六個(gè)電容；
[0008] 直流母線的P端通過第一電感L1與第二開關(guān)管S2的一端、第三開關(guān)管S3的一端 相連接；第二開關(guān)管S2的另一端與第一開關(guān)管Si的一端、第一二極管D:的一端相連接；第 三開關(guān)管S3的另一端與第四開關(guān)管S4的一端、第二二極管D2的一端相連接；第四開關(guān)管S4 的另一端與直流母線的N端相連；第一開關(guān)管S1的另一端與三相負(fù)載或三相電網(wǎng)的A相、 第一電容C1的一端連接于點(diǎn)A;第一二極管D:的另一端、第二二極管D2的另一端、第一電容 C1的另一端與第二電容C2的一端相連接；
[0009] 直流母線的P端通過第二電感L2與第六開關(guān)管S6的一端、第七開關(guān)管S7的一端 相連接；第六開關(guān)管S6的另一端與第五開關(guān)管S5的一端、第三二極管D3的一端相連接；第 七開關(guān)管S7的另一端與第八開關(guān)管S8的一端、第四二極管D4的一端相連接；第八開關(guān)管S8 的另一端與直流母線的N端相連；第五開關(guān)管S5的另一端與三相負(fù)載或三相電網(wǎng)的B相、 第三電容(：3的一端連接于點(diǎn)B;第三二極管03的另一端、第四二極管04的另一端、第三電容 C3的另一端與第四電容C4的一端相連接；
[0010] 直流母線的P端通過第三電感L3與第十開關(guān)管S1(|的一端、第十一開關(guān)管Sn的 一端相連接；第十開關(guān)管Sltl的另一端與第九開關(guān)管S9的一端、第五二極管D5的一端相連 接；第十一開關(guān)管S11的另一端與第十二開關(guān)管S12的一端、第六二極管06的一端相連接；第 十二開關(guān)管S12的另一端與直流母線的N端相連；第九開關(guān)管S9的另一端與三相負(fù)載或三 相電網(wǎng)的C相、第五電容(：5的一端連接于點(diǎn)C;第五二極管D5的另一端、第六二極管D6的另 一端、第五電容C5的另一端與第六電容C6的一端相連接；
[0011] 第二電容(：2的另一端、第四電容C4的另一端和第六電容C6的另一端連接于點(diǎn)M， 三相負(fù)載或三相電網(wǎng)連接于點(diǎn)0。
[0012] 更進(jìn)一步，在本發(fā)明提出的一種三相升壓型三電平逆變器第一種電路形式的基礎(chǔ) 上，采取以下兩項(xiàng)措施之一的改進(jìn)，以增強(qiáng)共模抑制能力：
[0013] (1)將第二電容C2、第四電容C4和第六電容(：6的連接點(diǎn)M與直流母線的N端連接；
[0014] (2)在直流母線的P端與N端之間接入串聯(lián)的第一抑制電容Ctl和第二抑制電容 Ct2，第一抑制電容Ctl與第二抑制電容Ct2連接于點(diǎn)H，將第一抑制電容Ctl、第二抑制電容Ct2 的連接點(diǎn)H與第二電容C2、第四電容C4和第六電容C6的連接點(diǎn)M相連。
[0015] 更進(jìn)一步，在本發(fā)明提出的一種三相升壓型三電平逆變器第一種電路形式的基礎(chǔ) 上，或者在本發(fā)明提出的一種三相升壓型三電平逆變器第一種電路形式且采取增強(qiáng)共模抑 制能力措施（1)的基礎(chǔ)上，采取以下措施減小電路開關(guān)管數(shù)量：
[0016] (3)在直流母線的P端與N端之間接入串聯(lián)的第一分壓電容Cnl和第二分壓電容 Cn2,替代本發(fā)明提出的一種三相升壓型三電平逆變器第一種電路形式中任意一相對應(yīng)的電 感、二極管和開關(guān)管，將該相對應(yīng)的負(fù)載或電網(wǎng)連接到第一分壓電容Cnl與第二分壓電容Cn2 的連接點(diǎn)J;A相包括：第一電感L1、第一二極管D1、第二二極管D2、第一開關(guān)管S1、第二開關(guān) 管S2、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4;B相包括：第二電感L2、第三二極管D3、第四二極管 D4、第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第七開關(guān)管S7和第八開關(guān)管S8;C相包括：第三電感L3、第 五二極管D5、第六二極管D6、第九開關(guān)管S9、第十開關(guān)管Sltl、第十一開關(guān)管S11和第十二開關(guān) 管S12。
[0017] 本發(fā)明還提供了一種三相升壓型三電平逆變器的第二種電路形式，它包括直流母 線、十二個(gè)開關(guān)管、三個(gè)電感和六個(gè)電容；
[0018] 直流母線的W端通過第一電感L1'與第二開關(guān)管S2'的一端、第三開關(guān)管S3' 的一端相連接，第二開關(guān)管S2'的另一端與第一開關(guān)管S1'的一端、第一電容C1'的一端 相連接，第三開關(guān)管S3'的另一端與第四開關(guān)管S4'的一端、第一電容C1'的另一端相連 接，第四開關(guān)管S4'的另一端與直流母線的N'端相連，第一開關(guān)管S1'的另一端與三相負(fù) 載或三相電網(wǎng)的A相、第四電容C4'的一端連接于點(diǎn)A';
[0019] 直流母線的P'端通過第二電感L2'與第六開關(guān)管S6'的一端、第七開關(guān)管S7' 的一端相連接，第六開關(guān)管S6'的另一端與第五開關(guān)管S5'的一端、第二電容C2'的一端 相連接，第七開關(guān)管S7'的另一端與第八開關(guān)管S8'的一端、第二電容C2'的另一端相連 接，第八開關(guān)管S8'的另一端與直流母線的N(2端相連，第五開關(guān)管S5'的另一端與三相負(fù) 載或三相電網(wǎng)的B相、第五電容C5'的一端連接于點(diǎn)B';
[0020] 直流母線的P'端通過第三電感L3'與第十開關(guān)管Sltl'的一端、第十一開關(guān)管 S11'的一端相連接，第十開關(guān)管Sltl'的另一端與第九開關(guān)管S9'的一端、第三電容C3'的 一端相連接，第十一開關(guān)管S11'的另一端與第十二開關(guān)管S12'的一端、第三電容C3'的另 一端相連接，第十二開關(guān)管S12'的另一端與直流母線的N'端相連，第九開關(guān)管S9'的另 一端與三相負(fù)載或三相電網(wǎng)的C相、第六電容C6'的一端連接于點(diǎn)C';
[0021] 第四電容C4'的另一端、第五電容C5'的另一端和第六電容C6'的另一端連接于 點(diǎn)，，三相負(fù)載或三相電網(wǎng)連接于點(diǎn)0'。
[0022] 更進(jìn)一步，在本發(fā)明提出的一種三相升壓型三電平逆變器第二種電路形式的基礎(chǔ) 上，采取以下兩項(xiàng)措施之一的改進(jìn)，以增強(qiáng)共模抑制能力：
[0023] (4)將第四電容C4'、第五電容C5'和第六電容C6'的連接點(diǎn)M'與直流母線的 N'端連接；
[0024] (5)在直流母線的P'端與N'端之間接入串聯(lián)的第一抑制電容Ctl'和第二抑制 電容Ct2'，第一抑制電容Ctl'與第二抑制電容Ct2'連接于點(diǎn)H'，第一抑制電容Ctl'、第 二抑制電容Ct2'的連接點(diǎn)H'與第四電容C4'、第五電容C5'和第六電容C6'的連接點(diǎn)M' 相連。
[0025] 更進(jìn)一步，在本發(fā)明提出的一種三相升壓型三電平逆變器第二種電路形式的基礎(chǔ) 上，或者在本發(fā)明提出的一種三相升壓型三電平逆變器第二種電路形式且采取增強(qiáng)共模抑 制能力措施（4)的基礎(chǔ)上，采用以下措施減小電路開關(guān)管數(shù)量：
[0026] (6)在直流母線的P'端與N'端之間接入串聯(lián)的第一分壓電容Cnl'和第二分壓 電容Cn2'，替代逆變器中任意一相對應(yīng)的電感、電容和開關(guān)管，將該相對應(yīng)的負(fù)載或電網(wǎng)接 到第一分壓電容Cnl'和第二分壓電容Cn2'的連接點(diǎn)J' ;A相包括：第一電感L1'、第一電 容C1'、第一開關(guān)管S1'、第二開關(guān)管S2'、第三開關(guān)管S3'和第四開關(guān)管S4' ;B相包括： 第二電感L2'、第二電容C2'、第五開關(guān)管S5'、第六開關(guān)管&'、第七開關(guān)管S7'和第八開 關(guān)管S8' ;C相包括：第三電感L3'、第三電容C3'、第九開關(guān)管S9'、第十開關(guān)管Slt/、第 十一開關(guān)管S11'和第十二開關(guān)管S12'。由于采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明 的有益效果是：
[0027] 1、與傳統(tǒng)三相逆變器相比，本發(fā)明提出的逆變器可以在無需變壓器或前級升壓變 換器的情況下