一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑制造技术

本发明专利技术提出了一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，包括光伏电池板、传统三相全桥逆变电路、三相输出LC滤波电路、三相负载，以及直流母线隔离开关管和箝位电路；所述箝位电路包括第一直流电容、第二直流电容、第三直流电容、第一箝位开关管、第二箝位开关管和第三箝位开关管。在本发明专利技术的拓扑中加入直流母线隔离开关管和箝位电路，使得逆变器在续流阶段其共模电压被双向箝位至

【技术实现步骤摘要】
一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑
本专利技术涉及一种光伏逆变器拓扑，具体的说是一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，属于电力电子直流-交流变换

技术介绍
太阳能光伏发电是最具前景的可再生能源应用之一，可以满足人类未来的能源需求并克服环境污染问题。在光伏发电系统中，逆变器是不可或缺的实体之一，它通常配备有高频或工频变压器，变压器的存在实现了光伏电池板和电网之间的电气隔离，对保障人身安全起着至关重要的作用。另外，变压器的使用使注入电网的直流分量有所减少，有助于改善电网的电能质量。但是，变压器的存在降低了系统的转换效率，增加了整个系统的尺寸、重量和成本。无变压器型逆变器因其具有体积小，重量轻，成本低和效率高等特点，近年来逐渐成为国内外研究的热点。然而，光伏电池板和大地之间存在杂散的寄生电容，由于缺乏变压器的电气隔离作用，高频变化的共模电压作用在寄生电容上会引起漏电流。漏电流会引起电磁干扰，影响电能输出质量，甚至导致设备损坏和危害人身安全。因此，根据德国VDE-0126-1-1标准，漏电流的数值必须被限制在一定的范围内。与专利号为2018101449302/2019106753445的中国专利相比，本专利技术省去了一个直流母线开关，增加了一个箝位开关。直流母线开关承担逆变器所有的变换功率，因此流经直流母线开关的电流较大，其通态损耗和开关损耗都较大，使得开关总的功率损耗较大。但箝位开关只提供箝位作用而不参与逆变器的功率交换，流过其间的电流近似为零，其通态损耗和开关损耗均很小，使得开关总的功率损耗较小。综上所述本专利技术采用一个箝位开关替换一个直流母线开关的方案有利于减小逆变器的开关器件损耗，提高了逆变器的效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术中三相光伏逆变器在漏电流抑制技术方面的的不足而提供一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，该拓扑结构可以降低逆变器的共模电压变化范围，有效抑制漏电流，保障设备和人身安全。本专利技术提供一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，包括光伏电池板、传统三相全桥逆变电路、三相输出LC滤波电路和三相负载，所述传统三相全桥逆变电路包括A相上桥臂开关管、A相下桥臂开关管、B相上桥臂开关管、B相下桥臂开关管、C相上桥臂开关管和C相下桥臂开关管。本专利技术的逆变器拓扑还包括直流母线隔离开关管和箝位电路；所述箝位电路包括第一直流电容、第二直流电容、第三直流电容、第一箝位开关管、第二箝位开关管和第三箝位开关管；所述光伏电池板的正极分别与第一直流电容的正极、直流母线隔离开关管的集电极相连，所述光伏电池板的负极与第三直流电容的负极、A相下桥臂开关管的发射极、B相下桥臂开关管的发射极、C相下桥臂开关管的发射极相连于点Q，所述第一直流电容的负极分别与第二直流电容的正极、第二箝位开关管的发射极相连，所述第二直流电容的负极分别与第三直流电容的正极、第三箝位开关管的发射极相连，所述直流母线隔离开关管的发射极分别与第一箝位开关管的发射极、第三箝位开关管的集电极、A相上桥臂开关管的集电极、B相上桥臂开关管的集电极、C相上桥臂开关管的集电极相连，所述第二箝位开关管的集电极与第一箝位开关管的集电极相连。本专利技术在传统三相逆变器拓扑的基础上增加了一个直流母线隔离开关管和一个箝位电路。直流母线隔离开关管位于光伏电池板的正极与三相上桥臂开关管的公共点之间，为交、直流侧隔离开关管，当逆变器处于续流阶段时，它可使逆变器的交、直流侧解耦。箝位电路由三个分压电容和三个箝位开关管构成，其中分压电容将直流输入分为0、Ud/3、2Ud/3和Ud四个电压等级(Ud表示光伏电池板的输出电压)。在Ud/3电位点和上桥臂开关管公共点间加入两个箝位开关管，在2Ud/3电位点和上桥臂开关管公共点间加入一个箝位开关管，这些箝位开关管既保证了分压电容不会被短路，也使逆变器的共模电压能按控制需要被双向箝位至Ud/3或2Ud/3。因此，在整个逆变周期内，逆变器共模电压的幅值变化范围为Ud/3～2Ud/3，共模电压波动减小，有效抑制了漏电流，降低了系统的电磁干扰，同时保障了设备与人身安全。作为本专利技术进一步优化的技术方案如下：进一步的，所述三相输出LC滤波电路包括A相滤波电感、B相滤波电感、C相滤波电感、A相滤波电容、B相滤波电容和C相滤波电容。进一步的，所述三相负载包括A相负载、B相负载和C相负载。进一步的，所述A相上桥臂开关管的发射极与A相下桥臂开关管的集电极、A相滤波电感的一端相连于点A，所述B相上桥臂开关管的发射极与B相下桥臂开关管的集电极、B相滤波电感的一端相连于点B，所述C相上桥臂开关管的发射极与C相下桥臂开关管的集电极、C相滤波电感的一端相连于点C。进一步的，所述A相滤波电感的另一端分别与A相滤波电容的正极、A相负载的一端相连，所述B相滤波电感的另一端分别与B相滤波电容的正极、B相负载的一端相连，所述C相滤波电感的另一端分别与C相滤波电容的正极、C相负载的一端相连。进一步的，所述A相滤波电容的负极与B相滤波电容的负极、C相滤波电容的负极、A相负载的另一端、B相负载的另一端、C相负载的另一端相连于点N(参考地)。进一步的，通过所述直流母线隔离开关管和箝位电路的作用，使得逆变器在续流阶段其共模电压被双向箝位至Ud/3或2Ud/3；整个逆变周期内，共模电压的表达式为：ucm＝(uAQ+uBQ+uCQ)/3其中，ucm为逆变器的共模电压，uAQ为A点与Q点的电位差，uBQ为B点与Q点的电位差，uCQ为C点与Q点的电位差。采用上述结构，三个箝位开关管在各种工作状态下都不会造成分压电容的短路。本专利技术中，定义逆变器的开关状态为[M1,M2,M3,M4,M5]；其中，M1表示A相桥臂开关管的开关状态，M1＝1表示A相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M1＝0表示A相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M2表示B相桥臂开关管的开关状态，M2＝1表示B相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M2＝0表示B相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M3表示C相桥臂开关管的开关状态，M3＝1表示C相上桥臂开关管导通且下桥臂开关管关断，M3＝0表示C相上桥臂开关管关断且下桥臂开关管导通；M4表示直流母线隔离开关管的开关状态，M4＝1表示直流母线隔离开关管导通，M4＝0表示直流母线隔离开关管关断；M5表示三个箝位开关管的开关状态，M5＝1表示第一箝位开关管和第二箝位开关管导通且第三箝位开关管关断，M5＝0表示第一箝位开关管和第二箝位开关管关断且第三箝位开关管导通；M5＝Z表示三个箝位开关管全部关断。进一步的，逆变器的六个正常工作模态分别为：[1,0,0,1,Z]、[1,1,0,1,Z]、[0,1,0,1,Z]、[0,1,1,1,Z]、[0,0,1,1,Z]和[1,0,1,1,Z]，两个续流模态分别为[1,1,1,0,1]和[1,1,1,0,0]。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：使用的直流母线开关数量较少，有利于减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，包括光伏电池板(PV)、传统三相全桥逆变电路、三相输出LC滤波电路和三相负载，所述传统三相全桥逆变电路包括A相上桥臂开关管(S

【技术特征摘要】
1.一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，包括光伏电池板(PV)、传统三相全桥逆变电路、三相输出LC滤波电路和三相负载，所述传统三相全桥逆变电路包括A相上桥臂开关管(S1)、A相下桥臂开关管(S4)、B相上桥臂开关管(S3)、B相下桥臂开关管(S6)、C相上桥臂开关管(S5)和C相下桥臂开关管(S2)；其特征在于：还包括直流母线隔离开关管(S7)和箝位电路；所述箝位电路包括第一直流电容(C1)、第二直流电容(C2)、第三直流电容(C3)、第一箝位开关管(S8)、第二箝位开关管(S9)和第三箝位开关管(S10)；所述光伏电池板的正极分别与第一直流电容(C1)的正极、直流母线隔离开关管(S7)的集电极相连，所述光伏电池板的负极与第三直流电容(C3)的负极、A相下桥臂开关管(S4)的发射极、B相下桥臂开关管(S6)的发射极、C相下桥臂开关管(S2)的发射极相连于点Q，所述第一直流电容(C1)的负极分别与第二直流电容(C2)的正极、第二箝位开关管(S9)的发射极相连，所述第二直流电容(C2)的负极分别与第三直流电容(C3)的正极、第三箝位开关管(S10)的发射极相连，所述直流母线隔离开关管(S7)的发射极分别与第一箝位开关管(S8)的发射极、第三箝位开关管(S10)的集电极、A相上桥臂开关管(S1)的集电极、B相上桥臂开关管(S3)的集电极、C相上桥臂开关管(S5)的集电极相连，所述第二箝位开关管(S9)的集电极与第一箝位开关管(S8)的集电极相连。


2.根据权利要求1所述一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，其特征在于：所述三相输出LC滤波电路包括A相滤波电感(La)、B相滤波电感(Lb)、C相滤波电感(Lc)、A相滤波电容(Ca)、B相滤波电容(Cb)和C相滤波电容(Cc)。


3.根据权利要求1所述一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，其特征在于：所述三相负载包括A相负载(Ra)、B相负载(Rb)和C相负载(Rc)。


4.根据权利要求1所述一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，其特征在于：所述A相上桥臂开关管(S1)的发射极与A相下桥臂开关管(S4)的集电极、A相滤波电感(La)的一端相连于点A，所述B相上桥臂开关管(S3)的发射极与B相下桥臂开关管(S6)的集电极、B相滤波电感(Lb)的一端相连于点B，所述C相上桥臂开关管(S5)的发射极与C相下桥臂开关管(S2)的集电极、C相滤波电感(Lc)的一端相连于点C。


5.根据权利要求2所述一种单母线隔离双向箝位十开关三相逆变器拓扑，其特征在于：所述A相滤波电感(La)的另一端分别与A相滤波电容(Ca)的正极、A相负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海啸，兰摘星，邵鹏程，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32