电压型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器制造技术

本发明专利技术涉及一种电压型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器，其单相拓扑结构是由电压型多开关输入多输出直流变换电路、输出级联的多个单相双向全桥逆变电路和输出LC滤波电路依序级联构成，输出级联的多个单相双向全桥逆变电路的每路输入端与电压型多开关输入多输出直流变换电路的每路输出端一一对应联接，多个单相双向全桥逆变电路的输出首端和末端为输出LC滤波电路的输入端；其三相拓扑结构是由三个相同的电压型单相多新能源高频环节多电平逆变器拓扑结构在输出端星型联接构成。这种逆变器具有高频隔离、体积重量小、变换效率高、多输入源分时供电、输出电压纹波小、成本低等优点，适用于多新能源输入共地且高压输出的单相/三相逆变场合。单相/三相逆变场合。单相/三相逆变场合。

【技术实现步骤摘要】
电压型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器


[0001]本专利技术所涉及的电压型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器，属于电力电子变换技术。

技术介绍

[0002]隔离型直流变换器中的高频变压器起到了如下作用：(1)实现了输出负载与输入电源之间高频电气隔离，提高了变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性；(2)实现了输出电压与输入电源电压之间的匹配，即实现了变换器输出电压可以高于、等于或低于输入电压的技术效果，其应用范围得到了大大拓宽；(3)当高频变压器的工作频率在20kHz以上时,其体积、重量大大降低,音频噪音被消除。
[0003]多电平逆变器具有输出多电平电压波、功率开关电压应力低、输出波形谐波含量小、du/dt和di/dt引起的电磁干扰小等优点，广泛应用于高压输出单相/三相逆变场合。多电平逆变器包括二极管箝位型、电容浮跨型和具有多路独立直流电源的级联型三类拓扑结构，二极管箝位型和电容浮跨型多电平逆变器适用于高压输入单相/三相逆变场合，而具有多路独立直流电源的级联型多电平逆变器适用于低压输入高压输出单相/三相逆变场合。
[0004]太阳能、风能、氢能等新能源，也称为绿色能源，具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点,因而具有广泛的应用前景。由于石油、煤和天然气等不可再生的化石能源日益紧张、环境污染严重、导致全球变暖等原因，新能源的开发和利用越来越受到各国政府的高度重视。光伏、风力、燃料电池等新能源发电均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺陷，故需要采用多新能源联合供电的单相/三相分布式供电系统。多新能源单相/三相分布式供电系统允许多种新能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，多输入源同时或分时向输出负载供电，实现了新能源充分和优先利用，提高了供电系统稳定性和灵活性。
[0005]传统的具有独立直流电源的级联型多新能源单相多电平逆变器拓扑结构，如图1所示。该单相拓扑结构是由m组独立的输出端并接的n个单输入直流变换器分别向输出端级联的m组单相双向全桥逆变电路供电构成的，虽然实现了高压输出逆变、多新能源的优先利用和供电系统的稳定性，但存在拓扑结构复杂、变换器数量多、体积和重量大、成本高、可靠性低等缺陷。
[0006]为了实现新能源优先和充分利用，提高供电系统的稳定性、灵活性和功率密度，降低高压输出单相/三相逆变的成本，探索和寻求一类适用于多新能源共地和优良性能的电压型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器已迫在眉睫。这对于满足人类社会对能源大幅增长的需求、供电系统稳定性和能源利用率的提高、智慧岛屿供电等国家重大战略实施的基础能源保障、促进电力电子技术和新能源产业的发展，均具有重要的意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的是要提供一种具有多新能共地、单相输出负载与多新能源高频
电气隔离、拓扑结构简洁、多输入源在一个开关周期内分时向单相交流负载供电、功率密度高、变换效率高、中间直流母线电压纹波小、输出电压高且谐波含量小、成本低、适用于对高压中小功率单相交流负载供电(相对电压型三相多新能源高频环节多电平逆变器对高压中大功率三相交流负载供电而言)等特点的电压型单相多新能源高频环节多电平逆变器。
[0008]实现本专利技术一个目的的技术方案在于：一种电压型单相多新能源高频环节多电平逆变器，其拓扑结构是由电压型n开关输入m输出直流变换电路、输出级联的m个单相双向全桥逆变电路和输出LC滤波电路依序级联构成，每个输出级联的单相双向全桥逆变电路的输入端与电压型n开关输入m输出直流变换电路的每路输出端一一对应联接，输出级联的m个单相双向全桥逆变电路的输出首端和末端为输出LC滤波电路的输入端且每个单相双向全桥逆变电路均由四个承受单向电压应力双向电流应力的高频功率开关组成，n、m均为大于1的自然数；所述的电压型n开关输入m输出直流变换电路是由一个单输入m输出单相高频变压器将具有公共端的带输入滤波器的n输入单输出单相单向高频逆变电路和m个整流滤波电路联接构成，单相高频变压器的原边绕组两端与单相单向高频逆变电路的输出端相联接，单相高频变压器的每个副边绕组两端与每个整流滤波电路的输入端一一对应联接；所述的n输入单输出单相单向高频逆变电路是由n个带有选择开关的单输入单输出单相单向高频逆变电路构成且在任意时刻相当于一个单输入单输出高频逆变电路，是由承受双向电压应力单向电流应力的高频功率开关和承受单向电压应力双向电流应力的高频功率开关构成或仅由承受双向电压应力单向电流应力的高频功率开关构成；所述的每个整流滤波电路是由一个或多个高频整流二极管组成的高频整流电路、输出LC滤波电路依序级联构成；为了确保m个单相双向全桥逆变电路的直流侧电压U
dc1
、U
dc2
、
…
、U
dcm
相等，单相高频变压器的m个副边绕组的匝数N
21
、N
22
、
…
、N
2m
必须相等。
[0009]本专利技术的另一个目的是要提供一种具有多新能源共地、输出三相负载与多新能源高频电气隔离、拓扑结构简洁、多输入源在一个开关周期内分时向三相交流负载供电、功率密度高、变换效率高、中间直流母线电压纹波小、输出电压高且谐波含量小、成本低、适用于对高压中大功率三相交流负载供电(相对电压型单相多新能源高频环节多电平逆变器对高压中小功率单相交流负载供电而言)等特点的电压型三相多新能源高频环节多电平逆变器。
[0010]实现本专利技术另一个目的的技术方案在于：一种电压型三相多新能源高频环节多电平逆变器的拓扑结构，是由三个相同的如权利要求1所述的电压型单相多新能源高频环节多电平逆变器拓扑结构在输出端以星型方式联接构成。
[0011]本专利技术是将传统的一个(三个)m组独立的输出端并接的n个单输入直流变换器分别向m组输出端级联的双向全桥逆变电路供电的单相拓扑结构(在输出端以星型方式联接构成的三相逆变器)，构建为一个(三个)由电压型n开关输入m输出直流变换电路、输出级联且输出首端和末端为输出LC滤波器输入端的m个单相双向全桥逆变电路、输出LC滤波电路依序级联构成的单相拓扑结构(在输出端以星型方式联接构成的三相逆变器)，提出了电压型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器新概念、电路结构与拓扑族。
[0012]本专利技术的电压型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器能将多个不稳定的输入直流源变换成一个所需电压大小、稳定优质的单相/三相输出正弦交流电，具有多新能源共地、单相/三相输出交流负载与多新能源高频电气隔离、拓扑结构简洁、多输入源在一个
开关周期内分时向单相/三相交流负载供电、功率密度高、变换效率高、中间直流母线电压纹波小、输出电压高且谐波含量小、成本低、适用于对高压中小功率单相/中大功率三相交流负载供电等特点，其综合性能将比传统的一个(三个)m组独立的输出端并接的n个单输入直流变换器分别向m组输出端级联的双向全桥逆变电路供电的单相拓扑结构(在输出端以星型方式联接构成的三相多电平逆变器)优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电压型单相多新能源高频环节多电平逆变器，其特征在于：这种单相逆变器的拓扑结构是由电压型n开关输入m输出直流变换电路、输出级联的m个单相双向全桥逆变电路和输出LC滤波电路依序级联构成，每个输出级联的单相双向全桥逆变电路的输入端与电压型n开关输入m输出直流变换电路的每路输出端一一对应联接，输出级联的m个单相双向全桥逆变电路的输出首端和末端为输出LC滤波电路的输入端且每个单相双向全桥逆变电路均由四个承受单向电压应力双向电流应力的高频功率开关组成，n、m均为大于1的自然数；所述的电压型n开关输入m输出直流变换电路是由一个单输入m输出单相高频变压器将具有公共端的带输入滤波器的n输入单输出单相单向高频逆变电路和m个整流滤波电路联接构成，单相高频变压器的原边绕组两端与单相单向高频逆变电路的输出端相联接，单相高频变压器的每个副边绕组两端与每个整流滤波电路的输入端一一对应联接；所述的n输入单输出单相单向高频逆变电路是由n个带有选择开关的单输入单输出单相单向高频逆变电路构成且在任意时刻相当于一个单输入单输出高频逆变电路，是由承受双向电压应力单向电流应力的高频功率开关和承受单向电压应力双向电流应力的高频功率开关构成或仅由承受双向电压应力单向电流应力的高频功率开关构成；所述的每个整流滤波电路是由一个或多个高频整流二极管组成的高频整流电路、输出LC滤波电路依序级联构成；为了确保m个单相双向全桥逆变电路的直流侧电压U
dc1
、U
dc2
、
…
、U
dcm
相等，单相高频变压器的m个副边绕组的匝数N
21
、N
22
、
…
、N
2m
必须相等。2.根据权利要求1所述的电压型单相多新能源高频环节多电平逆变器，其特征在于：这种单相逆变器的拓扑结构为单管电压型、并联交错单管电压型、推挽电压型、推挽正激电压型、双管电压型、并联交错双管电压型、半桥电压型和全桥电压型电路，采用第n路中间直流母线电压U
dc
反馈和第1、2、
…
、n
‑
1路输入电流反馈的主从功率分配能量管理PWM控制策略以及输出电压瞬时值u
o
反馈的m个三角形载波相邻移相π/m的单极性倍频SPWM控制策略，以实现多新能源在一个开关周期内分时对单相交流负载供电；第1、2、
…
、n
‑
1路输入源的电流反馈信号I
i1f
、I
i2f
、
…
、I
i(n
‑
1)f
分别与经MPPT计算获得的基准电流I
i1r
(I
*i1r
)、I
i2r
(I
*i2r
)、
…
、I
i(n
‑
1)r
(I
*i(n
‑
1)r
)经误差电流放大器1、2、
…
、n
‑
1输出误差电流放大信号I
1e
、I
2e
、
…
、I
(n
‑
1)e
，中间直流母线电压反馈信号U
dcf
与基准电压U
dcr
经电压误差放大器n后输出误差电压放大信号U
dce
，I
1e
、I
2e
、
…
、I
(n

【专利技术属性】
技术研发人员：陈道炼，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：