本发明专利技术公开了一种串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器，该串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元包括：上桥臂、中桥臂和下桥臂。上、下桥臂分别是由两个反向并联二极管的IGBT串联构成，中桥臂是由两个逆阻式IGBT(RB-IGBT)反并联构成。在兆瓦级中压逆变器中，大功率IGBT的开关损耗很大，从而限制了开关频率。本发明专利技术考虑NPP拓扑结构中外管承受电压是内管的一倍，提出的新型串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元通过低压IGBT的串联来减小功率器件的损耗，从而提高开关频率，同时可减小输出滤波器的尺寸。此外，内管采用新型开关器件RB-IGBT反并联，减少了逆变器使用器件的数目，降低系统功耗，在工业应用中具有明显优越性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器，该串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元包括：上桥臂、中桥臂和下桥臂。上、下桥臂分别是由两个反向并联二极管的IGBT串联构成，中桥臂是由两个逆阻式IGBT(RB-IGBT)反并联构成。在兆瓦级中压逆变器中，大功率IGBT的开关损耗很大，从而限制了开关频率。本专利技术考虑NPP拓扑结构中外管承受电压是内管的一倍，提出的新型串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元通过低压IGBT的串联来减小功率器件的损耗，从而提高开关频率，同时可减小输出滤波器的尺寸。此外，内管采用新型开关器件RB-IGBT反并联，减少了逆变器使用器件的数目，降低系统功耗，在工业应用中具有明显优越性。【专利说明】—种串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器
本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种新型串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器。
技术介绍
近几年，随着能源市场和环境友好型能源需求的联合，使分布式发电系统得到了快速的发展。分布式发电单元包括可再生能源和不可再生能源，比如太阳能电池组，风能发电机，燃料发电机。对可再生能源的并网问题，电力电子技术起到了关键性的作用，特别是对于电压源型逆变器。目前，为了让逆变器控制系统的性能最优，控制更简便，围绕新的控制方式领域的研究越来越火热。随着中高电压应用设备额定功率的不断提高，刺激了多电平电力电子变流器的使用，从而促使新拓扑结构以及相关的控制策略的发展。在大容量变换器中，相比于两电平逆变器，三电平二极管中点箝位(3L-NPC)逆变器以其输出电压更接近正弦波、电压变化率小、开关频率低、损耗小、效率高等特点，受到人们的广泛关注。介于介于NPC拓扑结构各个开关管开关频率不均衡，相关学着提出了三电平中点引出型(3L-NPP)逆变器，使各个开关管的开关频率均衡化，从而使得输出频率得到最大化。然而，对于三电平NPP逆变拓扑结构，上、下桥臂的支撑电压为中间桥臂支撑电压的两倍，需要的功率器件的功率也将是中间器件的两倍，大功率开关器件限制了逆变器的开关频率，同时增大了逆变器的功耗，给逆变器的整体设计带来了不便。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种新型串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器，旨在解决三电平NPP逆变器存在功率器件开关频率及耐压不均衡问题。本专利技术提供了一种新型串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元，该串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元包括:上桥臂，中桥臂和下桥臂；所述上桥臂，采用两个反向并联二极管的IGBT串联构成，通过低压IGBT的串联来减小功率器件的损耗，同时提高逆变器整体开关频率，可减小输出滤波器的尺寸；所述中桥臂，采用两个逆阻式IGBT(RB-1GBT)反并联构成，不仅减少了逆变器使用器件的数目，降低系统功耗，而且提高了逆变器的可靠性；所述下桥臂，采用两个反向并联二极管的IGBT串联构成，通过低压IGBT的串联来减小功率器件的损耗，同时提高逆变器整体开关频率，可减小输出滤波器的尺寸。上述的串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元，优先地，该串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元对应的三个工作模态分别为:第一工作模态:开关管Val和Va2导通，其余开关管均截止；第二工作模态:开关管Va3和Va4导通，其余开关管均截止；第三工作模态:开关管Va5和Va6导通，其余开关管均截止。本专利技术还提供了一种三电平逆变器，包括直流输入单元和一个如上述任意一种所述的拓扑单元，其中:所述直流输入单元的直流正电平P与该逆变单元的第一直流输入端Ml相连，所述直流输入单元的直流零电平O与该逆变单元的第二直流输入端M2相连，所述直流输入单元的直流负电平N与该逆变单元的第三直流输入端M3相连；该逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的交流输出端相连。本专利技术还提供了 一种三电平逆变器一种三电平逆变器，包括直流输入单元和两个如上述任意一种所述的拓扑单元:第一拓扑单元和第二拓扑单元；直流输入单元的直流正电平P与第一拓扑单元和第二拓扑单元的各第一直流输入端Ml相连；直流输入单元的直流零电平O与第一拓扑单元和第二拓扑单元的各第二直流输入端M2相连；直流输入单元的直流负电平N与第一拓扑单元和第二拓扑单元的各第三直流输入端M3相连；第一逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第一交流输出端相连，第二逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第二交流输出端相连。 本专利技术还提供了 一种三电平逆变器一种三电平逆变器，包括直流输入单元和三个如上述任意一种所述的拓扑单元:第一拓扑单元、第二拓扑单元和第三拓扑单元；直流输入单元的直流正电平P与第一拓扑单元、第二拓扑单元和第三拓扑单元的各第一直流输入端Ml相连；直流输入单元的直流零电平O与第一拓扑单元、第二拓扑单元和第三拓扑单元的各第二直流输入端M2相连；直流输入单元的直流负电平N与第一拓扑单元、第二拓扑单元和第三拓扑单元的各第三直流输入端M3相连；第一逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第一交流输出端相连，第二逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第二交流输出端相连，第三逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第三交流输出端相连。本专利技术还提供了 一种三电平逆变器一种三电平逆变器，包括直流输入单元和四个如上述任意一种所述的拓扑单元:第一拓扑单元、第二拓扑单元、第三拓扑单元和第四拓扑单元；直流输入单元的直流正电平P与第一拓扑单元、第二拓扑单元、第三拓扑单元和第四拓扑单元的各第一直流输入端Ml相连；直流输入单元的直流零电平O与第一拓扑单元、第二拓扑单元、第三拓扑单元和第四拓扑单元的各第二直流输入端M2相连；直流输入单元的直流负电平N与第一拓扑单元、第二拓扑单元、第三拓扑单元和第四拓扑单元的各第三直流输入端M3相连；第一逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第一交流输出端相连，第二逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第二交流输出端相连，第三逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第三交流输出端相连，第四逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第四交流输出端相连。上述任意一项所述的三点平逆变器，优先地，所述的直流输入单元包括电容Cl和电容C2，其中:直流电源的正端与电容Cl的第一端相连；Cl的第二端与C2的第一端相连；C2的第二端与直流电源的负端相连。本专利技术公开了一种串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器，上、下桥臂采用两个反向并联二极管的IGBT串联，通过低压IGBT的串联来减小功率器件的损耗，同时提高逆变器整体开关频率，可减小输出滤波器的尺寸；中间桥臂采用两个逆阻式IGBT反并联，不仅减少了逆变器使用器件的数目，降低系统功耗，而且提高了逆变器的可靠性。与此同时，对整体而言，解决了传统NPC拓扑结构各个功率器件开关频率不均衡问题，并保证了各个功率器件所承受电压相同，从而避免变换器主电路中部分开关管长期高频开关而先损坏的问题，提高变换器整体的可靠性并使成本最小化。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元，其特征在于，该串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元包括：上桥臂，中桥臂和下桥臂；所述上桥臂，采用两个反向并联二极管的IGBT串联构成；所述中桥臂，采用两个逆阻式IGBT反并联构成；所述下桥臂，采用两个反向并联二极管的IGBT串联构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董秀成，钟顺时，余小梅，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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