一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路，具体包括12组电力电子开关、2个直流母线电容、6个反馈二极管、以及3个钳位电容。本实用新型专利技术的分布式电源并网电路，通过增加功率开关的开关模式数量，减小了飞跨电容电压均衡控制的难度，提高了控制灵活性；可以采用正弦波PWM调制实现逆变器功能，有利于飞跨电容电压的平衡控制，在光伏发电系统、微电网、风力发电、燃料电池并网发电系统、主动配电网等场合均有广阔的应用前景。

Distributed power grid connected circuit based on Hybrid Multilevel Converter

The utility model discloses a distributed power grid circuit of hybrid multilevel converter based on, including 12 group of power electronic switch, 2 DC bus capacitor, 6 feedback diode and 3 clamp capacitor. Distributed power grid circuit of the utility model, the number of switch mode increases power switch, reduces the flying capacitor voltage balancing control difficulty, improves the control flexibility; the inverter can realize sine wave function using PWM modulation, is conducive to the balance control of the flying capacitor voltage, the application prospect of the photovoltaic power generation system, micro grid, wind power generation, fuel cell generation system, active distribution network has broad applications.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于基于电力电子装置的新能源电力系统和主动配电网系统，具体涉及一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路。
技术介绍
电力电子技术自上个世纪50年代诞生以来，经过半个多世纪的飞速发展，至今已被广泛应用于需要电能变换的各个领域。在低压小功率的用电领域，电力电子技术的各个方面己渐趋成熟，将来的研究目标是高功率密度、高效率、高性能；而在高压大功率的输配电领域，各个方面的技术正成为当今电力电子技术的研究重点。灵活交流输电、高压直流输电、高压大电机的变频调速等都离不开大功率的电力电子装置。在实现大功率变换的几种解决方案中，多电平变换器因其具有小的输出波形总畸变率(THD)、低的器件电压应力和低的系统电磁干扰(EMI)等优点而受到工业界的青睐。多电平变换器的概念最早是由A.Nabea等人在1980年IEEE工业应用学会年会上提出的，该电路用两个串联的电容将直流母线电压分为三个电平，每个桥臂用四个开关管串联，用一对串联钳位二极管和内侧开关管并联，其中，心抽头和第三电平连接，实现中点钳位，形成所谓中点钳位(NPC—NeuralPointClamped)变换器。在这个电路中，主功率管关断时仅仅承受直流母线电压的一半，所以特别适合高压大功率应用场合。1983年，Bhagwat等人在此基础上，将三电平电路推广到任意n电平，对NPC电路及其统一结构作了进一步的研究，这些工作为高压大功率变换器的研究提供了新的思路。从多电平变换器概念的提出至今，在短短二十多年的时间里，电力电子变流器在新能源电力系统和主动配电网中的应用得到进一步发展，但适应新能源接入和主动配电网的技术需求的还比较少。
技术实现思路
本技术的目的是为了适应新能源接入和主动配电网的技术需求，提出一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路，通过增加功率开关的开关模式数量，减小了飞跨电容电压均衡控制的难度，提高了控制灵活性。本技术的技术方案为：一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路，具体包括12组电力电子开关，即第一组电力电子开关、第二组电力电子开关、第三组电力电子开关、第四组电力电子开关、第五组电力电子开关、第六组电力电子开关、第七组电力电子开关、第八组电力电子开关、第九组电力电子开关、第十组电力电子开关、第十一组电力电子开关、第十二组电力电子开关，2个直流母线电容、6个反馈二极管、以及3个钳位电容，其中，所述的电力电子开关包括一个三极管和一个钳位二极管，所述三极管的集电极与所述钳位二极管的阴极相连作为所述电力电子开关的第一端子，所述三极管的发射极与所述钳位二极管的阳极相连作为所述电力电子开关的第二端子，所述三极管的基极接外部的PWM控制信号；所述第一组电力电子开关的第一端子、第二组电力电子开关的第一端子、第三组电力电子开关的第一端子与第一直流母线电容的第一端相连接，作为所述电源并网电路的第一输入端；所述第一组电力电子开关的第二端子、第四组电力电子开关的第一端子、第一反馈二极管的阴极与第一钳位电容的第一端相连；所述第二组电力电子开关的第二端子、第五组电力电子开关的第一端子、第二反馈二极管的阴极与第二钳位电容的第一端相连；所述第三组电力电子开关的第二端子、第六组电力电子开关的第一端子、第三反馈二极管的阴极与第三钳位电容的第一端相连；所述第一反馈二极管的阳极、第二反馈二极管的阳极、第三反馈二极管的阳极、第四反馈二极管的阴极、第五反馈二极管的阴极、第六反馈二极管的阴极与第一直流母线电容的第二端相连接；所述第四组电力电子开关的第二端子与第七组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述电源并网电路的第一输出端；所述第五组电力电子开关的第二端子与第八组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述电源并网电路的第二输出端；所述第六组电力电子开关的第二端子与第九组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述电源并网电路的第三输出端；所述第一钳位电容的第二端、第四反馈二极管的阳极、第七组电力电子开关的第二端子与第十组电力电子开关的第一端子相连；所述第二钳位电容的第二端、第五反馈二极管的阳极、第八组电力电子开关的第二端子与第十一组电力电子开关的第一端子相连；所述第三钳位电容的第二端、第六反馈二极管的阳极、第九组电力电子开关的第二端子与第十二组电力电子开关的第一端子相连；所述第一反馈二极管的阳极、第二反馈二极管的阳极、第三反馈二极管的阳极、第一直流母线电容的第二端与第二直流母线电容的第一端相连接；第二直流母线电容的第二端与第十组电力电子开关的第二端子、第十一组电力电子开关的第二端子和第十二组电力电子开关的第二端子相连，作为所述电源并网电路的第二输入端。本技术的有益效果：本技术的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路，通过增加功率开关的开关模式数量，减小了飞跨电容电压均衡控制的难度，提高了控制灵活性；可以采用正弦波PWM调制实现逆变器功能，有利于飞跨电容电压的平衡控制，在光伏发电系统、微电网、风力发电、燃料电池并网发电系统、主动配电网等场合均有广阔的应用前景。附图说明图1本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路，其中，12组电力电子开关分别为Qa1、Qb1、Qc1、Qa2、Qb2、Qc2、Qa3、Qb3、Qc3、Qa4、Qb4、Qc4，2个直流母线电容分别为Cd1、Cd2，6个反馈二极管分别为Da2、Db2、Dc2、Da3、Db3、Dc3，3个钳位电容Cxa、Cxb、Cxc。图2本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的钳位电容充电回路1示意图。图3本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的钳位电容充电回路2示意图。图4本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的钳位电容放电回路1示意图。图5本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的钳位电容放电回路2示意图。图6本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的钳位电容放电回路3示意图。图7本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的钳位电容放电回路4示意图。图8本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的钳位电容放电回路5示意图。图9采用SPWM方式的本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的调制模块示意图。图10SPWM控制方式下A相桥臂输出中点电压仿真波形示意图。图11SPWM控制方式下线电压Uab仿真波形示意图。图12本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路的直流母线电容Cd1和Cd2的电压示意图。具体实施方式下面结合附图，对本技术的实施例作详细说明：本实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。图1给出了本技术实施例的基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路，具体包括12组电力电子开关Qa1、Qb1、Qc1、Qa2、Qb2、Qc2、Qa3、Qb3、Qc3、Qa4、Qb4、Qc4、2个直流母线电容Cd1、Cd2、6个反馈二极管Da2、Db2、Dc2、Da3、Db3、Dc3、以及3个钳位电容Cxa、Cxb、Cxc，其中，电力电子开关包括一个三极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路，具体包括12组电力电子开关，即第一组电力电子开关、第二组电力电子开关、第三组电力电子开关、第四组电力电子开关、第五组电力电子开关、第六组电力电子开关、第七组电力电子开关、第八组电力电子开关、第九组电力电子开关、第十组电力电子开关、第十一组电力电子开关、第十二组电力电子开关，2个直流母线电容、6个反馈二极管、以及3个钳位电容，其中，所述的电力电子开关包括一个三极管和一个钳位二极管，所述三极管的集电极与所述钳位二极管的阴极相连作为所述电力电子开关的第一端子，所述三极管的发射极与所述钳位二极管的阳极相连作为所述电力电子开关的第二端子，所述三极管的基极接外部的PWM控制信号；所述第一组电力电子开关的第一端子、第二组电力电子开关的第一端子、第三组电力电子开关的第一端子与第一直流母线电容的第一端相连接，作为所述电源并网电路的第一输入端；所述第一组电力电子开关的第二端子、第四组电力电子开关的第一端子、第一反馈二极管的阴极与第一钳位电容的第一端相连；所述第二组电力电子开关的第二端子、第五组电力电子开关的第一端子、第二反馈二极管的阴极与第二钳位电容的第一端相连；所述第三组电力电子开关的第二端子、第六组电力电子开关的第一端子、第三反馈二极管的阴极与第三钳位电容的第一端相连；所述第一反馈二极管的阳极、第二反馈二极管的阳极、第三反馈二极管的阳极、第四反馈二极管的阴极、第五反馈二极管的阴极、第六反馈二极管的阴极与第一直流母线电容的第二端相连接；所述第四组电力电子开关的第二端子与第七组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述电源并网电路的第一输出端；所述第五组电力电子开关的第二端子与第八组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述电源并网电路的第二输出端；所述第六组电力电子开关的第二端子与第九组电力电子开关的第一端子相连接，作为所述电源并网电路的第三输出端；所述第一钳位电容的第二端、第四反馈二极管的阳极、第七组电力电子开关的第二端子与第十组电力电子开关的第一端子相连；所述第二钳位电容的第二端、第五反馈二极管的阳极、第八组电力电子开关的第二端子与第十一组电力电子开关的第一端子相连；所述第三钳位电容的第二端、第六反馈二极管的阳极、第九组电力电子开关的第二端子与第十二组电力电子开关的第一端子相连；所述第一反馈二极管的阳极、第二反馈二极管的阳极、第三反馈二极管的阳极、第一直流母线电容的第二端与第二直流母线电容的第一端相连接；第二直流母线电容的第二端与第十组电力电子开关的第二端子、第十一组电力电子开关的第二端子和第十二组电力电子开关的第二端子相连，作为所述电源并网电路的第二输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合多电平变换器的分布式电源并网电路，具体包括12组电力电子开关，即第一组电力电子开关、第二组电力电子开关、第三组电力电子开关、第四组电力电子开关、第五组电力电子开关、第六组电力电子开关、第七组电力电子开关、第八组电力电子开关、第九组电力电子开关、第十组电力电子开关、第十一组电力电子开关、第十二组电力电子开关，2个直流母线电容、6个反馈二极管、以及3个钳位电容，其中，所述的电力电子开关包括一个三极管和一个钳位二极管，所述三极管的集电极与所述钳位二极管的阴极相连作为所述电力电子开关的第一端子，所述三极管的发射极与所述钳位二极管的阳极相连作为所述电力电子开关的第二端子，所述三极管的基极接外部的PWM控制信号；所述第一组电力电子开关的第一端子、第二组电力电子开关的第一端子、第三组电力电子开关的第一端子与第一直流母线电容的第一端相连接，作为所述电源并网电路的第一输入端；所述第一组电力电子开关的第二端子、第四组电力电子开关的第一端子、第一反馈二极管的阴极与第一钳位电容的第一端相连；所述第二组电力电子开关的第二端子、第五组电力电子开关的第一端子、第二反馈二极管的阴极与第二钳位电容的第一端相连；所述第三组电力电子开关的第二端子、第六组电力电子开关的第一端子、第三反馈二极管的阴极与第三钳位电容的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆畅，周志锋，智勇军，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司平顶山供电公司，
类型：新型
国别省市：河南;41