專利名稱：一種單級升降壓型中性點鉗位式三電平逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單級升降壓型中性點鉗位式(NPC)三電平逆變器，尤其涉及適用于接入兩個獨立電源的單級升降壓型NPC三電平逆變器。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)以來，能源危機(jī)的問題越來越嚴(yán)重，可再生能源是各國研究熱題。因此基于新能源發(fā)電逆變并網(wǎng)的裝置需求也正增強(qiáng)，逆變裝置分為兩電平和多電平逆變器。多電平逆變系統(tǒng)因其輸出電壓諧波以及EMI低，而受到研究者的青睞。大部分三電平NPC的直流鏈升壓電路采用兩極boost電路，通常將兩boost電路分別并聯(lián)在NPC的上下端。此種拓?fù)涓鷥呻娖酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)無本質(zhì)不同。而且相比兩極結(jié)構(gòu)，單級結(jié)構(gòu)節(jié)省元器件。單級升降壓型逆變領(lǐng)域研究較多的為Z源，但是Z源結(jié)構(gòu)由于其電感使用過多而限制了其實際應(yīng)用。而目前基于單級cuk電路的三電平NPC逆變系統(tǒng)都存在直流鏈電壓增益不高以及增益調(diào)節(jié)范圍不寬的問題，且因不能接入多個獨立電源而限制了其在新能源逆變方面的應(yīng)用。因此，目前廣泛應(yīng)用的逆變裝置仍為兩電平逆變，但其輸出的波形諧波含量高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決以上問題，提供了一種適用于單級升降壓型中性點鉗位式三電平逆變系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個新型升降壓拓?fù)潆娐?，可輸出很高的直流鏈電壓增益，并可以接入兩個獨立可變直流電源實現(xiàn)單獨控制，其后半部分電路為三電平NPC逆變器，輸出的波形諧波含量低，電能質(zhì)量高。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種單級升降壓型中性點鉗位式三電平逆變器，包括前級電路的buck-boost環(huán)節(jié)和后半部分的電路，前級電路的buck-boost環(huán)節(jié)包括電源、開關(guān)、電感、直流鏈電容各兩個；兩開關(guān)可單獨控制兩電源，當(dāng)兩開關(guān)同時閉合時，通過兩個電感調(diào)節(jié)電源回路的電流，使其能夠承受兩電源回路的不平衡電流，從而確保兩個獨立電源的單獨控制。兩直流鏈電容形成X形并且電源反置，該結(jié)構(gòu)可以耦合兩個獨立的電源，構(gòu)成很好的耦合系統(tǒng)，并且有很高的直流鏈電壓增益。后半部分電路為NPC三電平逆變電路，輸出的波形的諧波和紋波小。鉗位二極管以及兩個電感均連接到兩電源的中點。該拓?fù)淙诤狭烁倪M(jìn)的直流變換電路和NPC三電平逆變電路。該拓?fù)渑c兩級電路結(jié)構(gòu)相比，可減少兩個二極管。本發(fā)明能夠通過控制兩開關(guān)的占空比來控制直流鏈電壓的平衡。反置的電源和X形連接的兩電容使得直流鏈電壓為電容電壓的兩倍并加上電源電壓。兩個電感使得在兩個開關(guān)同時閉合時，兩個電源的電流分別流經(jīng)相應(yīng)的電感，貝IJ拓?fù)淇梢越尤雰蓚€獨立可變的直流電源。與兩級結(jié)構(gòu)相比，該單級結(jié)構(gòu)可充分利用元器件，節(jié)省元器件本發(fā)明的有益效果:該拓?fù)潆娐酚行У慕鉀Q了目前三電平NPC逆變系統(tǒng)直流鏈電壓增益不高，直流鏈電壓不平衡的問題。并且可以接入兩個獨立的可變直流電源，實現(xiàn)直流鏈升壓運行，三電平輸出。


圖1:本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2:本發(fā)明開關(guān)SW閉合，SW’關(guān)斷的等效電路圖；圖3:本發(fā)明開關(guān)SW關(guān)斷，SW’閉合的等效電路圖；圖4:本發(fā)明開關(guān)SW閉合，SW’閉合的等效電路圖；圖5:三電平逆變器的空間狀態(tài)矢量；圖6 =NPC的載波同相調(diào)制(PD)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的拓?fù)淙鐖D1所示，兩開關(guān)SW、SW’分別連接兩個獨立電源Dl，D2，實現(xiàn)電源的單獨控制，鉗位二極管DX、DX’ (X=A, B或者C)以及電感L1、L2均連接到兩電源的中點。如圖2所示，當(dāng)開關(guān)SW閉合、開關(guān)SW’關(guān)斷時，電源Dl的電流流經(jīng)電感LI，同時電感L2的電流流經(jīng)二極管DX和與開關(guān)SXl (X=A、B或者C)并聯(lián)的二極管來給直流鏈電容C2充電。開關(guān)SW關(guān)斷、 開關(guān)SW’閉合時，同理，電源D2的電流流經(jīng)電感L2，電感LI的電流流經(jīng)二極管DX’以及與開關(guān)SX2’ (X=A, B或者C)并聯(lián)的二極管給直流鏈電容Cl充電。從圖2-3可知，當(dāng)前級電路的兩個開關(guān)(開關(guān)SW和開關(guān)SW’)中的一個閉合另一個關(guān)斷時，直流鏈電容Cl或直流鏈電容C2的充電電流只流經(jīng)后級NPC電路的上半部分或者下半部分，而NPC的剩下部分電路仍將工作正常。例如:開關(guān)SW閉合、開關(guān)SW’關(guān)斷時，電感L2給直流鏈電容C2充電，此時直流鏈電容Cl與電源Dl串接在一起向NPC輸送功率，NPC電路仍可輸出圖5所示的{-1}或{0}空間矢量狀態(tài)。同理，開關(guān)SW關(guān)斷、開關(guān)SW’閉合，NPC電路可輸出{1}，10}矢量狀態(tài)。圖4所示的是最后一個等效電路(開關(guān)SW、開關(guān)SW’均閉合)，同理，此時直流鏈電容Cl、電源D1、直流鏈電容C2、電源D2串聯(lián)在一起作為直流鏈向NPC輸出功率。此種電路狀態(tài)，NPC可輸出三種電平:{1}，{O}, {-1}。在每一個開關(guān)周期內(nèi)，兩個電感LI，L2的電流增量為0，即每一周期內(nèi)電感電流必須回到初始值。電源給電感LI，L2充電時，流經(jīng)電感LI和L2的電流的線性增加(電感LI電流增加速率為Vdl/Ll，電感L2的為Vd2/L2)，同理電感LI和L2放電時，電流線性減小(電感LI電流減小速率為Va/Ll，電感L2的為VC2/L2).數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:^xklT^Vci =^-Q~k2)T vCi =
L1ZLZI — Kr,其中Vdl，Vd2分別為兩電源D1，D2的電壓，Va，Vc2分別為兩電容的電壓，h、k2分別為開關(guān)SW、開關(guān)SW’的占空比，T為開關(guān)周期。直流鏈的電壓可以表示如下:
權(quán)利要求
1.一種單級升降壓型中性點鉗位式三電平逆變器，其特征是，包括前級電路的buck-boost環(huán)節(jié)和后半部分的電路,前級電路的buck-boost環(huán)節(jié)包括電源、開關(guān)、電感、直流鏈電容各兩個；兩開關(guān)能夠單獨控制兩電源，當(dāng)兩開關(guān)同時閉合時，通過兩個電感調(diào)節(jié)電源回路的電流，使其能夠承受兩電源回路的不平衡電流；兩直流鏈電容形成X形并且電源反置，后半部分電路為NPC三電平逆變電路，鉗位二極管以及兩個電感均連接到兩電源的中點。
2.如權(quán)利要求1所述的單級升降壓型中性點鉗位式三電平逆變器，其特征是，該逆變器能夠接入兩獨立可變直流電源。
3.如權(quán)利要求1所述的單級升降壓型中性點鉗位式三電平逆變器，其特征是，該逆變器通過控制兩開關(guān)的占空比可輸出平衡的直流鏈電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于單級升降壓型中性點鉗位式三電平逆變系統(tǒng)，該拓?fù)淇山尤雰瑟毩⒌闹绷麟娫?，實現(xiàn)直流鏈升壓運行，三電平輸出。單級升降壓電路可實現(xiàn)輸出很高的直流鏈電壓，并且可以保證直流鏈電壓平衡。逆變器輸出的交流波形含諧波低，電能質(zhì)量高。
文檔編號H02M7/487GK103107726SQ20131003602
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者高峰, 葛雪峰 申請人:山東大學(xué)