一种五电平并网逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种五电平并网逆变器，属变换器技术领域，其结构包括输入直流源、输入分压电容模块（１０１）、辅助开关模块（１０２）、三电平双降压式全桥模块（１０３）及输出滤波模块（１０４）。其特点是：功率开关管和滤波电感的电压变化率降低了一半，大大减小了滤波器体积；在同一时刻仅有一个功率开关管高频开关，开关损耗小，变换效率高；相对于传统五电平逆变器，控制和调制方法简单、易于实现；该变换器适用于中高压、大功率应用场合，尤其在对于变换器效率要求较高的新能源并网发电领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种五电平并网逆变器，尤其涉及一种运用于新能源(如风 能、太阳能等)发电系统的具有相对较高效率的并网逆变器，属于电力电子变换器技术领 域。
技术介绍
目前的太阳能电池发电仍存在成本过高、效率过低的缺点，故研究高效率的并网逆变 器拓扑，对于提高太阳能并网发电效率、降低发电成本具有重要意义。图1中的逆变器采用 非隔离式，故节省了一个变压器，第一至第四功率开关管Sf S4可分别采用金属氧化物半 导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。如果采用IGBT，由于其导通 压降很大，一般超过2V，导致导通损耗很大，最终将使采用IGBT的逆变器效率降低，按现有 的技术，一般的效率低于97%。如果采用4个M0SFET，则相对于IGBT减小了导通损耗，但是 MOSFET内含的反并二极管特性较差，反向恢复时间较长，导致功率开关管的电压尖峰较高， 增加了续流阶段的损耗。针对传统全桥逆变器拓扑效率较低的问题，研究工作者提出了多种技术方案，如 中国专利技术专利“CN1967998，，和“CN1967997，，分别提出了 一种三电平双降压式全桥逆变器和 一种五电平双降压式全桥逆变器，基本思想均是由独立二极管实现续流，从而使得功率开 关管可以选择导通压降更低的M0SFET，提高了逆变器的效率。但是，“CN1967997”提出的五 电平双降压式全桥逆变器相对于三电平双降压式全桥逆变器并没有降低开关管的开关损 耗以及磁性元件损耗。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供一种具有相对高变换效 率、控制简单的新型五电平并网逆变器。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案一种五电平并网逆变器，包括输入直流源、输入分压电容模块、辅助开关模块、三电平 双降压式全桥模块及输出滤波模块；其中，输入分压电容模块包括第一分压电容和第二分压电容；辅助开关模块包括第一功率开关管、第二功率开关管和第一功率二极管、第二功率二 极管；三电平双降压式全桥模块包括第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第 六功率开关管和第三功率二极管、第四功率二极管；输出滤波模块包括第一滤波电感、第二滤波电感和滤波电容； 其中，输入电源的正极分别连接第一分压电容的正极、第三功率开关管的漏极、第五功 率开关管的漏极及第四功率二极管的阴极；输入电源的负极分别连接第二分压电容的负极、第四功率开关管的源极、第三功率二 极管的阳极及第六功率开关管的源极；第一分压电容的负极分别与第二分压电容的正极、第一功率开关管的漏极和第二功率 开关管的源极相连接；3第一功率开关管的源极连接第一功率二极管的阳极；第一功率二极管的阴极分别与第五功率开关管的源极、第一滤波电感的一端相连； 第二功率开关管的漏极连接第二功率二极管的阴极；第二功率二极管的阳极分别与第六功率开关管的漏极、第四功率二极管的阳极和第二 滤波电感的一端相连；第一滤波电感的另一端分别与第二滤波电感的另一端、滤波电容的一端、电网的一端 相连接；电网的另一端分别与滤波电容的另一端、第三功率开关管的源极和第四功率开关管的 漏极相连接。进一步的，本专利技术的五电平并网逆变器的第一功率开关管至第六功率开关管均为 金属氧化物半导体场效应晶体管。进一步的，本专利技术的五电平并网逆变器的第一、第二、第五、第六功率开关管为 C00LM0S金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第三、第四功率开关管为普通金属氧化物半 导体场效应晶体管。进一步的，本专利技术的五电平并网逆变器的第一、第二、第五、第六功率开关管为高 频功率开关管，并且在同一时刻仅有一个功率开关管高频开关；所述第三、第四功率开关管 为低频功率开关管，其开关频率与电网(％)电压的频率相等。本专利技术的特点和技术效果(1)功率开关管和滤波电感的电压变化率相对于三电平双降压式全桥逆变器减小了 一半，且同一时刻仍仅有一个功率开关管高频开关，开关损耗和磁性元件损耗小，变换效率 尚；(2)增加的辅助开关电路开关管和二极管最大电压应力为输入电压的一半，通态损耗(3)进网电流谐波含量少，所需滤波器体积小；(4)相对于传统五电平全桥逆变器，调制策略简单，无需复杂的逻辑电路，由DSP即可 实现。 附图说明图1是传统全桥逆变器主电路示意图； 图2是本专利技术五电平并网逆变器主电路原理图3为本专利技术五电平并网逆变器采用并网电流瞬时值反馈控制的控制框图； 图4为本专利技术五电平并网逆变器采用并网电流瞬时值反馈控制的原理波形； 图5为本专利技术五电平并网逆变器电网电压正半周期的各开关模态等效电路； 图6为本专利技术五电平并网逆变器电网电压负半周期的各开关模态等效电路； 图7为本专利技术五电平并网逆变器实施例二的电路原理图； 图中符号说明厂in_输入直流源，101—输入分压电容模块，102—辅助开关模块，103—三电平双降压 式全桥模块，104—输出滤波模块，电网，C；、C2—第一、第二分压电容，sCs-%- 第 六功率开关管，D D1第一 第四功率二级管，L1, Z2_第一、第二输出滤波电感，C。一输出 滤波电容，i。一并网电流，&一误差放大器输出信号，Kstl, ^2_三角载波1、三角载波2，4 广 6—第一 第六功率开关管的驱动电压， —时间。具体实施例方式下面结合具体附图，进一步具体阐述本专利技术。如图1所示，为传统全桥逆变器主电路示意图。采用4个MOSFET，相对于IGBT减 小了导通损耗，但是MOSFET内含的反并二极管特性较差，反向恢复时间较长，导致功率开 关管的电压尖峰较高，增加了续流阶段的损耗。实施例一如图2所示，本专利技术五电平并网逆变器实施例一的电路原理图，其结构包括输入直流 源Gn、输入分压电容模块101、辅助开关模块102、三电平双降压式全桥模块103及输出滤 波模块104，其中，输入分压电容模块101由第一分压电容C1和第二分压电容C2构成，辅助 开关模块102由第一功率开关管乂、第二功率开关管S2和第一功率二极管仏、第二功率二 极管丛构成，三电平双降压式全桥电路103由第三至第六功率开关管和第三、第四功率二 极管构成，输出滤波电路104由第一、第二滤波电感和滤波电容C。构成；输入电源Kin的正极分别连接第一分压电容C1的正极、第三功率开关管&的漏极、第五 功率开关管乂的漏极及第四功率二极管込的阴极；输入电源Kin的负极分别连接第二分压电容C2的负极、第四功率开关管乂的源极、第三 功率二极管込的阳极及第六功率开关管5；的源极；第一分压电容G的负极分别与第二分压电容C2的正极、第一功率开关管&的漏极和 第二功率开关管S2的源极相连接；第一功率开关管乂的源极连接第一功率二极管仏的阳极；第一功率二极管仏的阴极分别与第五功率开关管乂的源极、第一滤波电感(Z1)的一 端相连；第二功率开关管S2的漏极连接第二功率二极管込的阴极；第二功率二极管込的阳极分别与第六功率开关管5；的漏极、第四功率二极管込的阳 极和第二滤波电感、的一端相连；第一滤波电感Z1的另一端分别与第二滤波电感、的另一端、滤波电容C。的一端、电网 Kg的一端相连接；电网％的另一端分别与滤波电容C。的另一端、第三功率开关管&的源极和第四功率 开关管乂的漏极相连接。本专利技术五电平并网逆变器中，第一、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五电平并网逆变器，其特征在于：包括输入直流源（Ｖ↓［ｉｎ］）、输入分压电容模块（１０１）、辅助开关模块（１０２）、三电平双降压式全桥模块（１０３）及输出滤波模块（１０４）；其中，输入分压电容模块（１０１）包括第一分压电容（Ｃ↓［１］）和第二分压电容（Ｃ↓［２］）；辅助开关模块（１０２）包括第一功率开关管（Ｓ↓［１］）、第二功率开关管（Ｓ↓［２］）和第一功率二极管（Ｄ↓［１］）、第二功率二极管（Ｄ↓［２］）；三电平双降压式全桥模块（１０３）包括第三功率开关管（Ｓ↓［３］）、第四功率开关管（Ｓ↓［４］）、第五功率开关管（Ｓ↓［５］）、第六功率开关管（Ｓ↓［６］）和第三功率二极管（Ｄ↓［３］）、第四功率二极管（Ｄ↓［４］）；输出滤波模块（１０４）　包括第一滤波电感（Ｌ↓［１］）、第二滤波电感（Ｌ↓［２］）和滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）；其中，输入电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的正极分别连接第一分压电容（Ｃ↓［１］）的正极、第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的漏极、第五功率开关管（Ｓ↓［５］）的漏极及第四功率二极管（Ｄ↓［４］）的阴极；输入电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的负极分别连接第二分压电容（Ｃ↓［２］）的负极、第四功率开关管（Ｓ↓［４］）的源极、第三功率二极管（Ｄ↓［３］）的阳极及第六功率开关管（Ｓ↓［６］）的源极；第一分压电容（Ｃ↓［１］）的负极分别与第二分压电容（Ｃ↓［２］）的正极、第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的漏极和第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的源极相连接；第一功率开关管（Ｓ↓［１］）的源极连接第一功率二极管（Ｄ↓［１］）的阳极；第一功率二极管（Ｄ↓［１］）的阴极分别与第五功率开关管（Ｓ↓［５］）的源极、第一滤波电感（Ｌ↓［１］）的一端相连；第二功率开关管（Ｓ↓［２］）的漏极连接第二功率二极管（Ｄ↓［２］）的阴极；第二功率二极管（Ｄ↓［２］）的阳极分别与第六功率开关管（Ｓ↓［６］）的漏极、第四功率二极管（Ｄ↓［４］）的阳极和第二滤波电感（Ｌ↓［２］）的一端相连；第一滤波电感（Ｌ↓［１］）的另一端分别与第二滤波电感（Ｌ↓［２］）的另一端、滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）的一端、电网（ｖ↓［ｇ］）的一端相连接；电网（ｖ↓［ｇ］）的另一端分别与滤波电容（Ｃ↓［ｏ］）的另一端、第三功率开关管（Ｓ↓［３］）的源极和第四功率开关管（Ｓ↓［４］）的漏极相连接。...

【技术特征摘要】
一种五电平并网逆变器，其特征在于包括输入直流源(Vin)、输入分压电容模块(101)、辅助开关模块(102)、三电平双降压式全桥模块(103)及输出滤波模块(104)；其中，输入分压电容模块(101)包括第一分压电容(C1)和第二分压电容(C2)；辅助开关模块(102)包括第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)和第一功率二极管(D1)、第二功率二极管(D2)；三电平双降压式全桥模块(103)包括第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)和第三功率二极管(D3)、第四功率二极管(D4)；输出滤波模块(104) 包括第一滤波电感(L1)、第二滤波电感(L2)和滤波电容(Co)；其中，输入电源(Vin)的正极分别连接第一分压电容(C1)的正极、第三功率开关管(S3)的漏极、第五功率开关管(S5)的漏极及第四功率二极管(D4)的阴极；输入电源(Vin)的负极分别连接第二分压电容(C2)的负极、第四功率开关管(S4)的源极、第三功率二极管(D3)的阳极及第六功率开关管(S6)的源极；第一分压电容(C1)的负极分别与第二分压电容(C2)的正极、第一功率开关管(S1)的漏极和第二功率开关管(S2)的源极相连接；第一功率开关管(S1)的源极连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张犁，吴红飞，邢岩，孙农，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[]