线和中性点箝位逆变器制造技术

本发明专利技术提供了一种线和中性点箝位逆变器，其中该逆变器包括：直流链路，该直流链路包括两个电容器单元和电容器单元之间的中性点(VDC0)；以及第一和第二逆变器臂。这两个逆变器臂包括：四个开关器件(Sn1-Sn4)、上连接点(Vn12)、下连接点(Vn34)以及输出(Vn23)。这两个逆变器臂包括连接在直流链路的中性点(VDC0)与臂的上连接点(Vn12)之间的第一整流器器件和连接在直流链路的中性点(VDC0)与臂的下连接点(Vn34)之间的第二整流器器件。这两个逆变器臂还包括连接在臂的上连接点(Vn12)与另一臂的输出(Vn23)之间的第三整流器器件和连接在臂的输出(Vn23)与另一臂的下连接点(Vn34)之间的第四整流器器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种逆变器拓扑，并且具体涉及一种用于对电网供电的太阳能逆变器拓扑。
技术介绍
太阳能逆变器的目的是以高效率将太阳能电池所产生的直流电压转换成交流电压。典型属类的逆变器使用2电平(线到中性点)拓扑，其中输出被系接到(tied to)直流链路的正极或负极。通过使用3电平(线到中性点)拓扑来增加效率，其中输出可被系接到三个电位直流链路的正极或负极或者中性点。太阳能逆变器的另一重要方面是最小化直流链路与保护接地之间的高频共模电压的能力。如果这些高频共模电压出现，则高频共模电流会流经光伏板的寄生电容并且可能损坏光伏板。因此，在光伏逆变器应用中最小化共模电压至关重要。公布 A new neutral-point-clamped PWM inverter, A. Nabae, I. Takahashi, &Η. Akagi公开了一种可被用于最小化有害高频共模电压的生成的NPC(中性点箝位)逆变器拓扑。NPC逆变器使用3电平(线到中性点)调制并且可具有5电平(线到线)输出电压，其中在两个输出线之间测量输出电压。为了避免共模电压，在NPC逆变器中可以使用被称为“中性点零状态”的状态。在零状态下，输出线不具有到直流链路的连接。除此之外，在中性点零状态下输出被系接到同一电位，即中性点。逆变器臂中的外部开关处于非导通状态，并且电流流经两个内部开关和两个二极管。通过使用中性点零状态和3电平(线到线)输出电压，可以消除共模电压的生成。 与2电平(线到中性点)调制相比，3电平(线到中性点)调制的使用还会提高效率。然而，与以上装置相关联的一个缺点是，在电流路径上始终存在四个功率半导体。 电流路径上的这些功率半导体会增加功率损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种设备和方法以减轻以上缺点。本专利技术的目的是通过以独立权利要求中所阐述的内容为特征的装置和方法来实现的。在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施例。本专利技术基于在中性点零状态下提供新的电流路径的构思。仅具有两个功率半导体的路径可以通过使用还从线侧箝位逆变器臂而建立。因此功率损耗降低并且可实现更好的效率。附图说明以下将通过参照附图的优选实施例更详细地描述本专利技术，在附图中图1示出了根据本专利技术的逆变器的简化图，以及图2示出了根据本专利技术的实施例中的电流路径。 具体实施例方式图1示出了根据本专利技术的逆变器的简化图。逆变器对电网供电并包括直流链路， 直流链路包括串联的两个电容器单元和电容器单元之间的中性点VDC0。图1中的直流链路由太阳能电池供电。直流链路还可以由其它类型的电源供电。电源例如可以是燃料电池、可再充电电池组或升压转换器。转换器在其输入与输出之间还可以具有电流隔离(galvanic isolation)0逆变器还包括第一逆变器臂和第二逆变器臂，两个臂连接在直流链路的极Vdc+与 VDC_之间。两个逆变器臂包括串联连接的四个开关器件、-Sn4(n e {1，2})。每个开关器件 L^n4具有导通状态和非导通状态，并且当所有开关器件、-sn4处于导通状态时，开关器件 、^n4—起形成从直流链路的正极到直流链路的负极的低阻抗路径。开关器件、-sn4可以例如是如图2中的IGBT (绝缘栅双极晶体管)，或者功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)。在本实施例中，每个开关器件S11-S1^M21-Sm与续流二极管成对。在本专利技术的一些实施例中，部分开关器件可以是IGBT，而部分开关器件可以是功率M0SFET。两个逆变器臂包括两个最上面的开关器件、与、之间的上连接点Vnl2、两个最下面的开关器件、与^l4之间的下连接点vn34、以及在两个中间开关器件、与、之间的输出vn23。利用平衡LCL滤波器来对输出进行滤波。逆变器臂被箝位到中性点VDai。两个逆变器臂包括连接在直流链路的中性点Vio 与臂的上连接点Vnl2之间的第一整流器器件Dnl，其允许电流从直流链路的中性点Vio流动到臂的上连接点Vnl2 ；以及连接在直流链路的中性点Vio与臂的下连接点VnM之间的第二整流器器件Dn2，其允许电流从臂的下连接点Vn34流动到直流链路的中性点VDai。在中性点零状态下，第一整流器器件Dnl和第二整流器器件Dn2将每个逆变器臂的输出Vn23系接到中性点ο还从输出线侧箝位逆变器臂。两个逆变器臂包括连接在臂的上连接点Vnl2与另一臂的输出Vm23Oii e {1,2}, m^n)之间的第三整流器器件Dn3，其允许电流从另一臂的输出Vm23流动到臂的上连接点Vnl2 ；以及连接在另一臂的输出Vm23与臂的下连接点Vn34之间的第四整流器器件Dn4，其允许电流从下连接点Vn34流动到另一臂的输出Vm23。第三整流器Dn3和第四整流器Dn4与逆变器臂中间开关、和、一起协作地提供仅分别具有如下两个功率半导体的电流路径二极管Dn3或Dn4和开关、或、。下面表1示出了根据本专利技术的实施例的3电平(线到线)输出电压调制方案。该方案具有五个开关状态+UDC、+0，士0，-ο和-uDC，在表1中分别通过标记的五个主列来表示。表的行表示各个开关的状态。“1”代表导通状态，“0”代表非导通状态。表1.本专利技术的调制方案[002权利要求1.一种用于对电网供电的逆变器，其中，所述逆变器包括直流链路，包括串联的两个电容器单元和所述电容器单元之间的中性点(Vdcci)，以及第一和第二逆变器臂，所述两个逆变器臂连接在所述直流链路的极(VDe+和VdcJ之间， 并且所述两个逆变器臂包括四个串联连接的开关器件( - ),每个开关具有导通状态和非导通状态，并且当所有开关处于所述导通状态时，所述开关一起形成从所述直流链路的正极到所述直流链路的负极的低阻抗路径，在两个最上面的开关器件(Snl、、)之间的上连接点(Vnl2)， 在两个最下面的开关器件(、、&)之间的下连接点(Vn34)， 在两个中间开关器件(、、、)之间的输出(Vn23)，连接在所述直流链路的中性点(Vio)与所述臂的上连接点(Vnl2)之间的第一整流器器件(Dnl)，其允许电流从所述直流链路的中性点(Vio)流动到所述臂的上连接点(Vnl2)，以及连接在所述直流链路的中性点(Vio)与所述臂的下连接点(Vn34)之间的第二整流器器件(Dn2),其允许电流从所述臂的下连接点(Vn34)流动到所述直流链路的中性点(Vliai)， 其特征在于，每个逆变器臂还包括连接在所述臂的上连接点(Vnl2)与另一臂的输出(Vm23)之间的第三整流器器件(Dn3), 其允许电流从所述另一臂的输出(Vm23)流动到所述臂的上连接点(Vnl2)，以及连接在所述另一臂的输出(Vm23)与所述臂的下连接点(Vn34)之间的第四整流器器件 (Dn4),其允许电流从所述下连接点(Vn34)流动到所述另一臂的输出(Vm23)。2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述开关器件全部是绝缘栅双极晶体管IGBT，或者全部是功率金属氧化物半导体场效应晶体管M0SFET。3.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，部分所述开关器件是绝缘栅双极晶体管IGBT，而部分所述开关器件是功率金属氧化物半导体场效应晶体管M0SFET。4.一种包括根据权利要求1至3中任一项所述的逆变器的装置，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于对电网供电的逆变器，其中，所述逆变器包括：直流链路，包括串联的两个电容器单元和所述电容器单元之间的中性点（ＶＤＣ０），以及第一和第二逆变器臂，所述两个逆变器臂连接在所述直流链路的极（ＶＤＣ＋和ＶＤＣ－）之间，并且所述两个逆变器臂包括：四个串联连接的开关器件（Ｓｎ１－Ｓｎ４），每个开关具有导通状态和非导通状态，并且当所有开关处于所述导通状态时，所述开关一起形成从所述直流链路的正极到所述直流链路的负极的低阻抗路径，在两个最上面的开关器件（Ｓｎ１、Ｓｎ２）之间的上连接点（Ｖｎ１２），在两个最下面的开关器件（Ｓｎ３、Ｓｎ４）之间的下连接点（Ｖｎ３４），在两个中间开关器件（Ｓｎ２、Ｓｎ３）之间的输出（Ｖｎ２３），连接在所述直流链路的中性点（ＶＤＣ０）与所述臂的上连接点（Ｖｎ１２）之间的第一整流器器件（Ｄｎ１），其允许电流从所述直流链路的中性点（ＶＤＣ０）流动到所述臂的上连接点（Ｖｎ１２），以及连接在所述直流链路的中性点（ＶＤＣ０）与所述臂的下连接点（Ｖｎ３４）之间的第二整流器器件（Ｄｎ２），其允许电流从所述臂的下连接点（Ｖｎ３４）流动到所述直流链路的中性点（ＶＤＣ０），其特征在于，每个逆变器臂还包括：连接在所述臂的上连接点（Ｖｎ１２）与另一臂的输出（Ｖｍ２３）之间的第三整流器器件（Ｄｎ３），其允许电流从所述另一臂的输出（Ｖｍ２３）流动到所述臂的上连接点（Ｖｎ１２），以及连接在所述另一臂的输出（Ｖｍ２３）与所述臂的下连接点（Ｖｎ３４）之间的第四整流器器件（Ｄｎ４），其允许电流从所述下连接点（Ｖｎ３４）流动到所述另一臂的输出（Ｖｍ２３）。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：米科·帕基宁，马蒂·T·尤西拉，
申请(专利权)人：ABB公司，
类型：发明
国别省市：FI