三相并网交流产生电路及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种三相并网交流产生电路及其控制方法。该电路包括三电平升压电路及三电平逆变电路，该三电平升压电路连接于输入电源并包括正升压部分及负升压部分，该三电平逆变电路连接于该三电平升压电路，并包括正逆变部分及负逆变部分；其中当该输入电源为低电压时，该低电压先通过该三电平升压电路进行升压，再通过该三电平逆变电路进行逆变而输出；当该输入电源为高电压时，该高电压直接通过该三电平逆变电路进行逆变而输出；且该正升压部分与该正逆变部分构成第一升压－降压电路，用以输出正半周电流波形，而该负升压部分与该负逆变部分构成第二升压－降压电路，用以输出负半周电流波形。本发明专利技术可以提高逆变电路的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是涉及一种 应用于输入电压变化范围较宽的太阳能、燃料电池和风力发电系统中的三相 并网交流产生电路。
技术介绍
自从能源危机发生以来，实现能源、环境与经济三者间的协调发展已经 成为世界各国能源建设的目标。此外，随着负载的快速增长，传统的集中式(centmlized)发电技术逐渐暴露出很多弊端，而分布式发电技术与其相比则具 有发电方式灵活、环保性能好等优点。将分布式发电技术应用于传统的电力 系统，既可以满足电力系统和用户的特定要求，又可以提高系统的灵活性、 可靠性和经济性。目前，分布式发电系统(distributed power generation system)的主要发电开-式有太阳能电池发电、燃料电池发电以及风力发电等等。分布式发电技术主 要包括两种模式独立运行模式以及与电力系统并联运行模式；其中，前 者主要用在大型电网没有到达的地方，后者主要用于电网中负载快速增加的 区域。交流产生电路是并网分布式发电系统中的一个重要部分。请参阅图l(a)，其为一种现有的三相并网交流产生电路的电路图。由于 这种三相并网交流产生电路10为单级的电路结构，因此虽然可以达到较高 的效率，但缺点则是需要较高的电池电压。请参阅图l(b)，其为另一种现有的三相并网交流产生电路的电路图。这 种三相并网交流产生电路11为两级的电路架构；亦即先通过前级转换器111 将电池电压转换成某一设定值，再通过后级逆变器112进行输出。其中，前 级转换器111的典型拓扑为升压(boost)电路或是降压-升压(buck-boost)电路。采用图l(b)的这种电路，可以极大地扩充输入电压的变化范围，但缺点 也很明显两级的电路结构效率较低、且无法避免由于中间的储能大电容所带来的诸多负面影响。此外，后级逆变器112所采用的是传统的半桥结构， 其在高压应用场合时本身效率就较低，且由于传统的半桥开关元件的反向并 联二极管必须充当续流回路，因此在开关元件导通时二极管必然发生反向恢 复。为了减小该反向恢复所引起的损耗， 一般不会采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)充当开关元件，这是因为金属氧化物半导体场效应晶 体管在充当开关元件时本身的寄生二极管特性不够好所导致。由于不能采用 MOSFET充当开关元件，因此无法利用其所呈现的电阻的通态特性而通过并 联来减小其通态损耗，也无法利用其良好的开关特性来减小系统的开关损 耗。三电平逆变电路通常被认为适用于高直流输入电压场合，而在低电压场 合却无任何优势。这是因为三电平逆变电路能够减小开关元件的耐压，从而 提高高压场合的效率，故经常被用于不断电系统和电机驱动的领域。但是由 于在不断电系统和电机驱动的领域中，三电平逆变电路的输出端是连接至用 电装置，而这些用电装置的负载特性会随着用电装置运行状态的变化而改 变。这说明了三电平逆变电路的输出电压及电流的相位是可变的；亦即可 能出现能量双向传输的情况。请参阅图2(a)，其为单相三电平逆变电路带有电感性负载时对于四个开 关元件进行驱动的驱动信号波形图。其中开关元件Sxl、 Sx4为主控元件， 而开关元件Sx2、 Sx3的驱动信号则分别与开关元件Sx4、 Sxl的驱动信号互 补。图2(b)-图2(e)则为该三电平逆变电路在不同状态下工作的电路图。图2(b)与图2(d)为该三电平逆变电路处于能量传输模式下的电路图，以 下通过图2(b)为例来说明其工作过程。在图2(b)中，开关元件Sxl高频切换， 开关元件Sx3的驱动信号则与其互补，开关元件Sx2常通，而开关元件Sx4 常开。当开关元件Sxl导通时，输入端通过开关元件Sxl、 Sx2和电感Lx而 向输出端传输能量。而当开关元件Sxl关断时，电感电流iLx通过二极管Dx12 和开关元件Sx2续流。同理可知图2(d)的工作过程。图2(c)与图2(e)为该三电平逆变电路处于能量反馈模式下的电路图，以 下通过图2(c)为例来说明其工作过程。在图2(c)中，开关元件Sxl高频切换， 开关元件Sx3的驱动信号则与其互补，开关元件Sx2常通，而开关元件Sx4常开。当开关元件Sxl导通时，由于此时电感电流iLx为负，因此电流实际 上是通过开关元件Sxl与Sx2的反向并联二极管进行流通，此时输出端向输 入端反馈能量。而当开关元件Sxl关断且开关元〗牛Sx3导通时，电感电流iLx 则通过开关元件Sx3与二极管Dx34续流。 同理可知图2(e)的；作过程。由以上的分析可知，当三电平逆变电路处于能量传输模式(例如图2(b)) 时，由于开关元件Sx3无需充当续流元件，因此实际上可以采用低频切换—— 即切换频率等于输出电压的频率——的方式。而在处于能量反馈模式时，由 于开关元件Sx3需充当续流元件，因此必须采用高频切换的方式。另一方面， 由于不断电系统和电机驱动的领域中同时存在着能量传输模式和能量反馈 模式两种情况，亦即存在着能量双向流动的情况，因此开关元件Sx3必须采 用高频切换模式。同理开关元件Sx2也必须采用高频切换模式。此外，当三电平逆变电路处于能量反馈模式(例如图2(c))时，由于开关 元件Sxl和Sx2的反向并联二极管都会流过电流，当开关元件Sxl关断而开 关元件Sx3导通时，开关元件Sxl和Sx2的反向并联二极管会发生反向恢复。 由于MOSFET本身存在着寄生二极管，且其寄生二极管的反向恢复特性非 常差，因此在不断电系统和电机驱动的领域中采用三电平逆变电路时， 一般 并不会使用MOSFET作为其开关元件。由于无法采用MOSFET充当开关元 件，因此无法利用其所呈现的电阻的通态特性而通过并联来减小其通态损 耗，也无法利用其良好的开关特性来减小系统的开关损耗。此外，由于太阳能电池、燃料电池等向电网供电的直流电源的电压变化 范围一般都很大，其最高输入电压与最低输入电压可以相差至好几倍(例如3 倍以上)，所以通常无法直接选用三电平逆变电路来向电网供电。
技术实现思路
鉴于以上不足，提出本专利技术。为实现上述目的， 一种三相并网交流产生电路，包括三电平升压电路， 连接于输入电源，该三电平升压电路包括正升压部分及负升压部分；及三电 平逆变电路，连接于该三电平升压电路，该三电平逆变电路包括正逆变部分 及负逆变部分；其中当该输入电源为低电压时，该低电压先通过该三电平升 压电路进行升压，再通过该三电平逆变电路进行逆变而输出；当该输入电源 为高电压时，该高电压直接通过该三电平逆变电路进行逆变而输出；其中， 该正升压部分与该正逆变部分构成第一升压-降压电路，用以输出正半周电流 波形，而该负升压部分与该负逆变部分构成第二升压-降压电路，用以输出负 半周电流波形。如上所述的三相并网交流产生电路，其中该三电平升压电路包括至少 一个电感，连接于该输入电源的高压端及低压端其中之一；利用第一中点彼 此串联的第一开关与第二开关，连接到所述至少一个电感；及利用第二中点 彼此串联的第一电容与第二电容，共同通过彼此反向设置的第三开关与第四 开关而并联于该第一开关与该第二开关，且该第二中点与该第一中点相连 接。如上所述的三相并网交流产生电路，其中该三电平升压电路为常规升压 电路。如上所述的三相并网交流产生电路，其中该常规升压电路包括第一电 感，连接于该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相并网交流产生电路，包括：三电平升压电路，连接于输入电源，该三电平升压电路包括正升压部分及负升压部分；及三电平逆变电路，连接于该三电平升压电路，该三电平逆变电路包括正逆变部分及负逆变部分；其中当该输入电源为低电压时，该低电压先通过该三电平升压电路进行升压，再通过该三电平逆变电路进行逆变而输出；当该输入电源为高电压时，该高电压直接通过该三电平逆变电路进行逆变而输出；其特征在于，该正升压部分与该正逆变部分构成第一升压－降压电路，用以输出正半周电流波形，而该负升压部分与该负逆变部分构成第二升压－降压电路，用以输出负半周电流波形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭惊涛，朱秋花，马昌赞，易德刚，蔡文荫，应建平，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，台达能源技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]