一种单级升降压型中性点钳位式三电平逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于单级升降压型中性点钳位式三电平逆变系统，该拓扑可接入两独立的直流电源，实现直流链升压运行，三电平输出。单级升降压电路可实现输出很高的直流链电压，并且可以保证直流链电压平衡。逆变器输出的交流波形含谐波低，电能质量高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种单级升降压型中性点钳位式(NPC)三电平逆变器，尤其涉及适用于接入两个独立电源的单级升降压型NPC三电平逆变器。
技术介绍
21世纪以来，能源危机的问题越来越严重，可再生能源是各国研究热题。因此基于新能源发电逆变并网的装置需求也正增强，逆变装置分为两电平和多电平逆变器。多电平逆变系统因其输出电压谐波以及EMI低，而受到研究者的青睐。大部分三电平NPC的直流链升压电路采用两极boost电路，通常将两boost电路分别并联在NPC的上下端。此种拓扑跟两电平拓扑结构无本质不同。而且相比两极结构，单级结构节省元器件。单级升降压型逆变领域研究较多的为Z源，但是Z源结构由于其电感使用过多而限制了其实际应用。而目前基于单级cuk电路的三电平NPC逆变系统都存在直流链电压增益不高以及增益调节范围不宽的问题，且因不能接入多个独立电源而限制了其在新能源逆变方面的应用。因此，目前广泛应用的逆变装置仍为两电平逆变，但其输出的波形谐波含量高。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决以上问题，提供了一种适用于单级升降压型中性点钳位式三电平逆变系统。该系统包括一个新型升降压拓扑电路，可输出很高的直流链电压增益，并可以接入两个独立可变直流电源实现单独控制，其后半部分电路为三电平NPC逆变器，输出的波形谐波含量低，电能质量高。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种单级升降压型中性点钳位式三电平逆变器，包括前级电路的buck-boost环节和后半部分的电路，前级电路的buck-boost环节包括电源、开关、电感、直流链电容各两个；两开关可单独控制两电源，当两开关同时闭合时，通过两个电感调节电源回路的电流，使其能够承受两电源回路的不平衡电流，从而确保两个独立电源的单独控制。两直流链电容形成X形并且电源反置，该结构可以耦合两个独立的电源，构成很好的耦合系统，并且有很高的直流链电压增益。后半部分电路为NPC三电平逆变电路，输出的波形的谐波和纹波小。钳位二极管以及两个电感均连接到两电源的中点。该拓扑融合了改进的直流变换电路和NPC三电平逆变电路。该拓扑与两级电路结构相比，可减少两个二极管。本专利技术能够通过控制两开关的占空比来控制直流链电压的平衡。反置的电源和X形连接的两电容使得直流链电压为电容电压的两倍并加上电源电压。两个电感使得在两个开关同时闭合时，两个电源的电流分别流经相应的电感，贝IJ拓扑可以接入两个独立可变的直流电源。与两级结构相比，该单级结构可充分利用元器件，节省元器件本专利技术的有益效果:该拓扑电路有效的解决了目前三电平NPC逆变系统直流链电压增益不高，直流链电压不平衡的问题。并且可以接入两个独立的可变直流电源，实现直流链升压运行，三电平输出。附图说明图1:本专利技术的电路结构示意图；图2:本专利技术开关SW闭合，SW’关断的等效电路图；图3:本专利技术开关SW关断，SW’闭合的等效电路图；图4:本专利技术开关SW闭合，SW’闭合的等效电路图；图5:三电平逆变器的空间状态矢量；图6 =NPC的载波同相调制(PD)。具体实施例方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的拓扑如图1所示，两开关SW、SW’分别连接两个独立电源Dl，D2，实现电源的单独控制，钳位二极管DX、DX’ (X=A, B或者C)以及电感L1、L2均连接到两电源的中点。如图2所示，当开关SW闭合、开关SW’关断时，电源Dl的电流流经电感LI，同时电感L2的电流流经二极管DX和与开关SXl (X=A、B或者C)并联的二极管来给直流链电容C2充电。开关SW关断、 开关SW’闭合时，同理，电源D2的电流流经电感L2，电感LI的电流流经二极管DX’以及与开关SX2’ (X=A, B或者C)并联的二极管给直流链电容Cl充电。从图2-3可知，当前级电路的两个开关(开关SW和开关SW’)中的一个闭合另一个关断时，直流链电容Cl或直流链电容C2的充电电流只流经后级NPC电路的上半部分或者下半部分，而NPC的剩下部分电路仍将工作正常。例如:开关SW闭合、开关SW’关断时，电感L2给直流链电容C2充电，此时直流链电容Cl与电源Dl串接在一起向NPC输送功率，NPC电路仍可输出图5所示的{-1}或{0}空间矢量状态。同理，开关SW关断、开关SW’闭合，NPC电路可输出{1}，10}矢量状态。图4所示的是最后一个等效电路(开关SW、开关SW’均闭合)，同理，此时直流链电容Cl、电源D1、直流链电容C2、电源D2串联在一起作为直流链向NPC输出功率。此种电路状态，NPC可输出三种电平:{1}，{O}, {-1}。在每一个开关周期内，两个电感LI，L2的电流增量为0，即每一周期内电感电流必须回到初始值。电源给电感LI，L2充电时，流经电感LI和L2的电流的线性增加(电感LI电流增加速率为Vdl/Ll，电感L2的为Vd2/L2)，同理电感LI和L2放电时，电流线性减小(电感LI电流减小速率为Va/Ll，电感L2的为VC2/L2).数学表达式如下:^xklT^Vci =^-Q~k2)T vCi =L1ZLZI — Kr,其中Vdl，Vd2分别为两电源D1，D2的电压，Va，Vc2分别为两电容的电压，h、k2分别为开关SW、开关SW’的占空比，T为开关周期。直流链的电压可以表示如下:权利要求1.一种单级升降压型中性点钳位式三电平逆变器，其特征是，包括前级电路的buck-boost环节和后半部分的电路,前级电路的buck-boost环节包括电源、开关、电感、直流链电容各两个；两开关能够单独控制两电源，当两开关同时闭合时，通过两个电感调节电源回路的电流，使其能够承受两电源回路的不平衡电流；两直流链电容形成X形并且电源反置，后半部分电路为NPC三电平逆变电路，钳位二极管以及两个电感均连接到两电源的中点。2.如权利要求1所述的单级升降压型中性点钳位式三电平逆变器，其特征是，该逆变器能够接入两独立可变直流电源。3.如权利要求1所述的单级升降压型中性点钳位式三电平逆变器，其特征是，该逆变器通过控制两开关的占空比可输出平衡的直流链电压。全文摘要本专利技术公开了一种适用于单级升降压型中性点钳位式三电平逆变系统，该拓扑可接入两独立的直流电源，实现直流链升压运行，三电平输出。单级升降压电路可实现输出很高的直流链电压，并且可以保证直流链电压平衡。逆变器输出的交流波形含谐波低，电能质量高。文档编号H02M7/487GK103107726SQ20131003602公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日专利技术者高峰, 葛雪峰 申请人:山东大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级升降压型中性点钳位式三电平逆变器，其特征是，包括前级电路的buck‑boost环节和后半部分的电路，前级电路的buck‑boost环节包括电源、开关、电感、直流链电容各两个；两开关能够单独控制两电源，当两开关同时闭合时，通过两个电感调节电源回路的电流，使其能够承受两电源回路的不平衡电流；两直流链电容形成X形并且电源反置，后半部分电路为NPC三电平逆变电路，钳位二极管以及两个电感均连接到两电源的中点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，葛雪峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37