功率变换设备制造技术

本申请提供了一种功率变换设备，该功率变换设备包括正直流母线、负直流母线、第一电容、第二电容、第一电感、第一泄放单元和逆变电路。其中，逆变电路的输入端分别通过正直流母线和负直流母线连接功率变换设备的输入端，逆变电路的输出端连接功率变换设备的输出端。第一电容连接在正直流母线与负直流母线之间。第二电容与第一电感串联后与第一电容并联，第二电容的容值大于第一电容的容值。第一泄放单元与第一电感并联，用于在第一电感的电压大于第一动作电压阈值时，处于导通状态。采用本申请，可避免差模雷击电流所导致的功率变换设备中半导体器件存在电压过应力风险的情况。体器件存在电压过应力风险的情况。体器件存在电压过应力风险的情况。

【技术实现步骤摘要】
功率变换设备


[0001]本申请涉及电源
，尤其涉及一种功率变换设备。

技术介绍

[0002]雷击是指带电云层之间或带电云层和地面之问相互靠近产生的一种放电现象。这个放电过程会产生强烈的闪电和巨大的声响，并伴随大量的能量传递。户外安装的设备，例如光伏逆变器，为了保证运行安全，均配置有防雷装置。从雷击电流流过设备的路径来看，雷击分为共模雷击和差模雷击。共模雷击是指电流流经输入输出端口与地(PE)之间。差模雷击是指电流流经设备输入端口之间或者输出端口之间(三相供电线路的线与线之间)。
[0003]目前，光伏逆变器主要采用图1所示的防雷装置。如图1所示，光伏逆变器包括DC/DC变换器、母线电容和DC/AC变换器。DC/DC变换器为三电平飞跨电容拓扑结构，DC/AC变换器为中点钳位型三电平拓扑，母线电容包括薄膜电容C11、C12，以及电解电容C21、C22，薄膜电容主要用来吸收光伏逆变器工作时产生的高频纹波，电解电容主要吸收工频纹波，薄膜电容和电解电容之间连接有解耦电感(如L1、L2)，用来防止高频纹波流入电解电容。此外，光伏逆变器中还包括由输入防雷器和输出防雷器组成的防雷装置。输入防雷器采用Y型结构，PV+和PV
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分别通过压敏电阻RV1和RV2连接到公共点a，公共点a通过压敏电阻RV3连接PE。输出防雷器中的三个压敏电阻RV4、RV5和RV6的一端分别连接DC/AC变换器的三相输出端，三个压敏电阻RV4、RV5和RV6的另一端均连接到公共点b，公共点b通过压敏电阻RV7连接PE。
[0004]上述防雷装置对共模雷击有很好的防护作用，同时能防止单个防雷器失效导致整个防雷装置无法正常工作。但上述防雷装置无法对差模雷击起到防护作用，具体来讲，在光伏逆变器的直流侧产生差模雷击时，雷击电流从PV+进入，一开始由于DC/DC变换器中电感的存在，差模雷击电流大部分灌入输入电容Cin，输入电容Cin的电压升高。通常情况下，雷击的能量无法使输入电容Cin的电压达到输入防雷器的工作电压，因此该阶段输入防雷器不工作。之后，输入电容Cin上的能量通过DC/DC变换器中的电感向母线电容释放。由于电解电容串联有解耦电感，薄膜电容的容值小于电解电容的容值，因此一开始大部分电流流入薄膜电容C11和C12，使得母线电压快速升高，从而使得光伏逆变器中的半导体器件存在电压过应力损坏风险。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种功率变换设备，可解决差模雷击电流所导致的功率变换设备中半导体器件存在电压过应力风险的情况。
[0006]第一方面，本申请提供了一种功率变换设备，该功率变换设备的输入端和输出端分别用于连接直流电源和交流电网。该功率变换设备包括正直流母线、负直流母线、第一电容、第二电容、第一电感、第一泄放单元和逆变电路。其中，逆变电路的输入端分别通过正直流母线和负直流母线连接功率变换设备的输入端，逆变电路的输出端连接功率变换设备的
输出端。第一电容连接在正直流母线与负直流母线之间。第二电容与第一电感串联后与第一电容并联，第二电容的容值大于第一电容的容值。第一泄放单元与第一电感并联，用于在第一电感的电压大于第一动作电压阈值时，处于导通状态。进而，在正直流母线与负直流母线之间的母线电压由于差模雷击电流升高的过程中，可通过第一泄放单元将第一电容中的雷击电荷释放至第二电容中，由于第二电容的容值大于第一电容的容值，相同电荷量流入容值较大的第二电容所产生的电压变化量更小，因此可有效避免差模雷击电流所导致的母线电压快速升高的情况，从而解决由于母线电压快速升高所导致的功率变换设备中的半导体器件存在电压过应力风险的问题。
[0007]结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，功率变换设备还包括第三电容、第四电容和第二电感。其中，第一电容与第三电容串联后连接在正直流母线与负直流母线之间。第四电容与第二电感串联后与第三电容并联，第四电容的容值大于第三电容的容值。可以理解的，在功率变换设备中包括两个电感时，可通过在两个电感中的任一电感两端并联一个泄放单元的方式，在母线电压由于差模雷击电流升高的过程中，将第一电容中的雷击电荷释放至第二电容中，从而有效避免差模雷击电流所导致的母线电压快速升高的情况，进而解决由于母线电压快速升高所导致的功率变换设备中的半导体器件存在电压过应力风险的问题。此外，在功率变换设备包括两个薄膜电容和两个电解电容的情况下，功率变换设备中还可以包括第二电感，功率变换设备的结构多样，灵活性高。
[0008]结合第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，功率变换设备还包括第二泄放单元，第二泄放单元与第二电感并联，用于在第二电感的电压大于第二动作电压阈值时，处于导通状态。可以理解的，通过在第二电感的两端并联第二泄放单元的方式，在母线电压由于差模雷击电流升高的过程中，不仅可以通过第一泄放单元将第一电容中的雷击电荷释放至第二电容，还可以通过第二泄放单元将第三电容中的雷击电荷释放至第四电容，从而可进一步避免差模雷击电流所导致的母线电压快速升高的情况，进而解决由于母线电压快速升高所导致的功率变换设备中的半导体器件存在电压过应力风险的问题，适用性更强。
[0009]结合第一方面，在第三种可能的实施方式中，功率变换设备还包括第三电容和第四电容。其中，第一电容与第三电容串联后连接在正直流母线与负直流母线之间。第四电容与第一电感串联后与第三电容并联，第四电容的容值大于第三电容的容值。可以理解的，当功率变换设备包括两个薄膜电容和两个电解电容时，两个电解电容可以通过共用一个电感的方式，通过一个泄放单元，即可在母线电压由于差模雷击电流升高的过程中，将第一电容中的雷击电荷释放至第二电容，并将第三电容的雷击电荷释放至第四电容，从而有效避免差模雷击电流所导致的母线电压快速升高的情况，进而解决由于母线电压快速升高所导致的功率变换设备中的半导体器件存在电压过应力风险的问题。此外，功率变换设备同样适用于三电平的拓扑结构，适用性强。
[0010]结合第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第三种可能的实施方式中的任一种，在第四种可能的实施方式中，功率变换设备还包括直流中线。逆变电路的输入端分别通过正直流母线、直流中线和负直流母线连接功率变换设备的输入端，第一电容与第三电容的连接点连接直流中线。可以理解的，当功率变换设备的电平数大于等于3时，功率变换设备中还包括直流中线。进而，功率变换设备同样适用于电平数大于等于3的拓扑结构，适
用性强。
[0011]结合第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第三种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，功率变换设备还包括直流中线，功率变换设备的输入端包括第一输入端、第二输入端和第三输入端。逆变电路的第一输入端和第二输入端分别通过正直流母线和负直流母线连接功率变换设备的输入端，第一电容与第三电容的连接点通过直流中线连接逆变电路的第三输入端。可以理解的，直流中线的连接方式多样，从而使得功率变换设备的结构多样，灵活性高。
[0012]结合第一方面至第一方面第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率变换设备，所述功率变换设备包括正直流母线、负直流母线、第一电容、第二电容、第一电感、第一泄放单元和逆变电路，其中：所述逆变电路的输入端分别通过所述正直流母线和所述负直流母线连接所述功率变换设备的输入端，所述逆变电路的输出端连接所述功率变换设备的输出端；所述第一电容连接在所述正直流母线与所述负直流母线之间；所述第二电容与所述第一电感串联后与所述第一电容并联，所述第二电容的容值大于所述第一电容的容值；所述第一泄放单元与所述第一电感并联，用于在所述第一电感的电压大于第一动作电压阈值时，处于导通状态。2.根据权利要求1所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备还包括第三电容、第四电容和第二电感，其中：所述第一电容与所述第三电容串联后连接在所述正直流母线与所述负直流母线之间；所述第四电容与所述第二电感串联后与所述第三电容并联，所述第四电容的容值大于所述第三电容的容值。3.根据权利要求2所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备还包括第二泄放单元，所述第二泄放单元与所述第二电感并联，用于在所述第二电感的电压大于第二动作电压阈值时，处于导通状态。4.根据权利要求1所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备还包括第三电容和第四电容，其中：所述第一电容与所述第三电容串联后连接在所述正直流母线与所述负直流母线之间；所述第四电容与所述第一电感串联后与所述第三电容并联，所述第四电容的容值大于所述第三电容的容值。5.根据权利要求2
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4任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备还包括直流中线；所述逆变电路的输入端分别通过所述正直流母线、所述直流中线和所述负直流母线连接所述功率变换设备的输入端，所述第一电容与所述第三电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：占金祥，高凯，王珺璨，高拥兵，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：