一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器，其电路形式包括直流母线、开关管、二极管、电感和电容。本发明专利技术的有益效果是：可以在无需变压器或前级直流变换器的情况下应用到升降压型场合，体积小、效率高、成本低；可以实现输出电压幅值大于或者小于输入电压幅值，输出电压范围大；最大直流电压利用率高，在负荷同样三相负载或三相电网要求的情况下，需要的直流母线电压低；具备共模抑制能力；开关管电压应力是三相Buck-boost逆变器等传统升降压逆变器的一半，更适合应用到中高电压场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子变换器
的逆变器，尤其涉及一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器。
技术介绍
逆变器作为一种电力电子设备，其基本作用是将直流输入电源转换成交流电源，满足负载或电网的负荷要求。其中单相逆变器主要应用在中小功率场合，结构简单、成本较低；而三相逆变器由于其结构特点，适用于更大功率场合，广泛应用在光伏并网、电机驱动、航空电源等各种工业场合。传统三相逆变器主要包括三相半桥型两电平逆变器拓扑、三相中点钳位型三电平逆变器等拓扑，其共同特点是输出电压幅值低于输入电压、属于降压型逆变器。而上述降压型逆变器一般需要直流母线电压大于等于倍的输出交流电压幅值，仅适合应用在交流输出电压幅值小于等于倍直流输入电压幅值的降压型场合；实际应用中，在负载情况复杂、输出电压幅值要求范围大的场合中，尤其在升降压场合中，逆变器需要连接变压器或者前级直流变换器，来调节输出电压幅值、满足三相负载或电网的不同电压需求。然而，变压器或者前级直流变换器的接入也会引起逆变器体积增大、成本增加、电能转换效率降低等问题。同时，无变压器型逆变器在应用过程中，开关管高频通断也造成逆变器共模电压高频变化，在光伏并网、电机驱动等多种工业应用中引起共模问题，影响系统安全可靠运行、甚至威胁人身安全。因而，亟需新型三相升降压型逆变器解决上述问题。中国专利申请号201410020413.6，名称为单级升压逆变器非隔离光伏并网>发电系统及其控制方法，该专利申请提出一种光伏逆变器，在传统三相半桥型两电平逆变器的基础上引入耦合电感无源网络将逆变器的电源与主电路相耦合，结合其公布的控制方案，实现升压功能的同时抑制共模电流。然而该申请案提出的逆变器方案属于两电平逆变器，限制了其在中高电压场合的应用。朱建林等人在2008年国际电机控制和系统会议发表的文章Double-loop control and stability analysis based on three-phase Buck-boost inverter中提出一种基于Buck-boost直流变换器的三相单级式逆变器，该逆变器输出电压幅值可以大于或者小于输入直流电压幅值且具有较好的共模抑制能力；但该逆变器属于两电平逆变器，在高电压电能变换场合，存在开关管电压应力高、输出电压谐波含量高、损耗大等缺陷。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种输出电压范围大、能够适用于升降压应用场合并具备共模抑制能力的三相升降压型三电平逆变器。为了实现上述专利技术目的，本专利技术是采用如下技术方案：一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器，其第一种电路形式它包括直流母线、十二个开关管、六个二极管、三个电感和九个电容；直流母线的P端通过第一开关管S1与第二开关管S2的一端、第一二极管D1的一端相连；第二开关管S2的另一端与第三开关管S3的一端、第一电感L1的一端相连；第一电感L1的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通过第一电容C1与第一二极管D1的另一端、第二二极管D2的一端、第二电容C2的一端相连；第二二极管D2的另一端与第三开关管S3的另一端、第四开关管S4的一端相连；第四开关管S4的另一端与第二电容C2的另一端、第七电容C7的一端、三相负载或三相电网的A相连接于点A；直流母线的P端通过第五开关管S5与第六开关管S6的一端、第三二极管D3的一端相连；第六开关管S6的另一端与第七开关管S7的一端、第二电感L2的一端相连；第二电感L2的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通过第三电容C3与第三二极管D3的另一端、第四二极管D4的一端、第四电容C4的一端相连；第四二极管D4的另一端与第七开关管S7的另一端、第八开关管S8的一端相连；第八开关管S8的另一端与第四电容C4的另一端、第八电容C8的一端、三相负载或三相电网的B相连接于点B；直流母线的P端通过第九开关管S9与第十开关管S10的一端、第五二极管D5的一端相连；第十开关管S10的另一端与第十一开关管S11的一端、第三电感L3的一端相连；第三电感L3的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通过第五电容C5与第五二极管D5的另一端、第六二极管D6的一端、第六电容C6的一端相连；第六二极管D6的另一端与第十一开关管S11的另一端、第十二开关管S12的一端相连；第十二开关管S12的另一端与第六电容C6的另一端、第九电容C9的一端、三相负载或三相电网的C相连接于点C；第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端和第九电容C9的另一端连接于点M，三相负载或三相电网连接于点O。更进一步，在本专利技术提出的一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器第一种电路形式的基础上，采取以下两项措施之一的改进，以增强共模抑制能力：(1)将第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9的连接点M与直流母线N端连接；(2)在直流母线P端与N端之间接入串联的第一抑制电容Ct1和第二抑制电容Ct2，第一抑制电容Ct1与第二抑制电容Ct2连接于点H，将第一抑制电容Ct1、第二抑制电容Ct2的连接点H与第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9的连接点M相连。更进一步，在本专利技术提出的一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器第一种电路形式的基础上，或者在本专利技术提出的一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器第一种电路形式且采取增强共模抑制能力措施1的基础上，采取以下措施减少电路开关管数量：(3)在直流母线的P端与N端之间接入串联的第一分压电容Cn1和第二分压电容Cn2，第一分压电容Cn1与第二分压电容Cn2连接于J点，替代其中任意一相对应的二极管、电感、钳位电容和开关管，并将该相对应的负载或电网接到第一分压电容Cn1与第二分压电容Cn2的连接点J；A相包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4；B相包括：第三二极管D3、第四二极管D4、第二电感L2、第三电容C3、第四电容C4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第八开关管S8；C相包括：第五二极管D5、第六二极管D6、第三电感L3、第五电容C5、第六电容C6、第九开关管S9、第十开关管S10、第十一开关管S11和第十二开关管S12。本专利技术还提供了一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器的第二种电路形式，它包括直流母线、十二个开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相Buck‑boost升降压型三电平逆变器，它包括直流母线、十二个开关管、六个二极管、三个电感和九个电容；其特征在于：直流母线的P端通过第一开关管S1与第二开关管S2的一端、第一二极管D1的一端相连；第二开关管S2的另一端与第三开关管S3的一端、第一电感L1的一端相连；第一电感L1的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通过第一电容C1与第一二极管D1的另一端、第二二极管D2的一端、第二电容C2的一端相连；第二二极管D2的另一端与第三开关管S3的另一端、第四开关管S4的一端相连；第四开关管S4的另一端与第二电容C2的另一端、第七电容C7的一端、三相负载或三相电网的A相连接于点A；直流母线的P端通过第五开关管S5与第六开关管S6的一端、第三二极管D3的一端相连；第六开关管S6的另一端与第七开关管S7的一端、第二电感L2的一端相连；第二电感L2的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通过第三电容C3与第三二极管D3的另一端、第四二极管D4的一端、第四电容C4的一端相连；第四二极管D4的另一端与第七开关管S7的另一端、第八开关管S8的一端相连；第八开关管S8的另一端与第四电容C4的另一端、第八电容C8的一端、三相负载或三相电网的B相连接于点B；直流母线的P端通过第九开关管S9与第十开关管S10的一端、第五二极管D5的一端相连；第十开关管S10的另一端与第十一开关管S11的一端、第三电感L3的一端相连；第三电感L3的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通过第五电容C5与第五二极管D5的另一端、第六二极管D6的一端、第六电容C6的一端相连；第六二极管D6的另一端与第十一开关管S11的另一端、第十二开关管S12的一端相连；第十二开关管S12的另一端与第六电容C6的另一端、第九电容C9的一端、三相负载或三相电网的C相连接于点C；第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端和第九电容C9的另一端连接于点M，三相负载或三相电网连接于点O。...

【技术特征摘要】
1.一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器，它包括直流母线、十二
个开关管、六个二极管、三个电感和九个电容；其特征在于：
直流母线的P端通过第一开关管S1与第二开关管S2的一端、第一二极管D1的一端相连；第二开关管S2的另一端与第三开关管S3的一端、第一电感L1的一
端相连；第一电感L1的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通过
第一电容C1与第一二极管D1的另一端、第二二极管D2的一端、第二电容C2的
一端相连；第二二极管D2的另一端与第三开关管S3的另一端、第四开关管S4的
一端相连；第四开关管S4的另一端与第二电容C2的另一端、第七电容C7的一端、
三相负载或三相电网的A相连接于点A；
直流母线的P端通过第五开关管S5与第六开关管S6的一端、第三二极管D3的一端相连；第六开关管S6的另一端与第七开关管S7的一端、第二电感L2的一
端相连；第二电感L2的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通过
第三电容C3与第三二极管D3的另一端、第四二极管D4的一端、第四电容C4的
一端相连；第四二极管D4的另一端与第七开关管S7的另一端、第八开关管S8的
一端相连；第八开关管S8的另一端与第四电容C4的另一端、第八电容C8的一端、
三相负载或三相电网的B相连接于点B；
直流母线的P端通过第九开关管S9与第十开关管S10的一端、第五二极管D5的一端相连；第十开关管S10的另一端与第十一开关管S11的一端、第三电感L3的
一端相连；第三电感L3的另一端与直流母线的N端相连；直流母线的P端通
过第五电容C5与第五二极管D5的另一端、第六二极管D6的一端、第六电容C6的
一端相连；第六二极管D6的另一端与第十一开关管S11的另一端、第十二开关
管S12的一端相连；第十二开关管S12的另一端与第六电容C6的另一端、第九电
容C9的一端、三相负载或三相电网的C相连接于点C；
第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端和第九电容C9的另一端连接于
点M，三相负载或三相电网连接于点O。
2.根据权利要求1所述的一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器，
其特征在于：第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9的连接点M与直流母线
N端连接。
3.根据权利要求1所述的一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变器，
其特征在于：在直流母线P端与N端之间接入串联的第一抑制电容Ct1和第二
抑制电容Ct2，第一抑制电容Ct1与第二抑制电容Ct2连接于点H，将第一抑制电
容Ct1、第二抑制电容Ct2的连接点H与第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9的连接点M相连。
4.根据权利要求1或2所述的一种三相Buck-boost升降压型三电平逆变
器，其特征在于：在直流母线的P端与N端之间接入串联的第一分压电容Cn1和
第二分压电容Cn2，第一分压电容Cn1与第二分压电容Cn2连接于J点，替代其中
任意一相对应的二极管、电感、钳位电容和开关管，并将该相对应的负载或电
网接到第一分压电容Cn1与第二分压电容Cn2的连接点J；A相包括：第一二极
管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一开关管S1、
第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4；B相包括：第三二极管D3、第
四二极管D4、第二电感L2、第三电容C3、第四电容C4、第五开关管S5、第六
开关管S6、第七开关管S7和第八开关管S8...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小强，李建，贾晓瑜，卢志刚，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13