逆变单元及其控制方法、逆变器技术

本发明专利技术提供一种逆变单元，其包括母线电容C1、母线电容C2、母线电容C3、晶体管S1至晶体管S10、分别与晶体管S1至晶体管S10反向并联的二极管D1至二极管D10，以及飞跨电容Cph，母线电容C1、母线电容C2和母线电容C3依次串联，且母线电容C1的正极端与直流电源的正极端连接，母线电容C3的负极端与直流电源的负极端连接；母线电容C1、母线电容C3和飞跨电容Cph两端的电压值均为Vdc，母线电容C2两端的电压值为2Vdc，且直流电源两端的电压值为4Vdc。相应地，提供了逆变单元的控制方法和包括所述逆变单元的逆变器。本发明专利技术所述逆变器不需采用箝位二极管、不需采用数量较多的独立直流电源，且控制简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种逆变单元及其控制方法，和包括所述逆变单元的逆变器。
技术介绍
随着传统能源的日益减少，电力系统正面临巨大的变革。光伏发电、风力发电等技术因具有不消耗燃料、无噪声、无污染和可持续性发展等优势已经成为未来电力系统的发展方向。并网逆变器作为光伏发电系统与电网接口的核心设备，对其结构与控制方法的研究在提高电力系统的发电效率、降低成本等方面具有极其重要的意义。其中，多电平逆变器因具有输出电压谐波小、电磁干扰小，能提高电源质量，减小滤波器体积和控制产生的高次谐波等诸多优势，广泛应用于高压大功率场合。但是，由于现有的二极管钳位型五电平逆变器需要采用数量较多的箝位二极管，现有的电容飞跨型五电平逆变器控制复杂，现有的H桥级联型五电平逆变器需要采用数量较多的独立直流电源(其中每个H桥模块都需要采用独立的直流电源)，因而抑制了五电平逆变器在实际生产中的推广和使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种不需采用箝位二极管、不需采用数量较多的独立直流电源，且控制简单的逆变单元及其控制方法，和包括所述逆变单元的逆变器。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：所述逆变单元包括母线电容C1、母线电容C2、母线电容C3、晶体管S1至晶体管S10、分别与晶体管S1至晶体管S10反向并联的二极管D1至二极管D10，以及飞跨电容Cph，所述母线电容C1、母线电容C2和母线电容C3依次串联，且母线电容C1的正极端与直流电源的正极端连接，母线电容C3的负极端与直流电源的负极端连接；所述晶体管S1的集电极分别与母线电容C1的负极端和母线电容C2的正极端连接，所述晶体管S1的发射极与晶体管S2的发射极连接，所述晶体管S5的集电极与母线电容C1的正极端连接，所述晶体管S2的集电极和晶体管S5的发射极均与晶体管S7的集电极连接，所述晶体管S7的发射极和晶体管S9的集电极均与飞跨电容Cph的正极端连接，所述晶体管S3的集电极分别与母线电容C2的负极端和母线电容C3的正极端连接，所述晶体管S3的发射极与晶体管S4的发射极连接，所述晶体管S6的发射极与母线电容C3的负极端连接，所述晶体管S4的集电极和晶体管S6的集电极均与晶体管S8的发射极连接，所述晶体管S8的集电极和晶体管S10的发射极均与飞跨电容Cph的负极端连接，所述晶体管S9的发射极和晶体管S10的集电极均与交流输出节点连接，所述母线电容C1、母线电容C3和飞跨电容Cph两端的电压值均为Vdc,所述母线电容C2两端的电压值为2Vdc,且所述直流电源两端的电压值为4Vdc。本专利技术还提供上述逆变单元的控制方法，所述控制方法为：对所述逆变单元中的各个半导体元器件进行导通或关断控制，以使所述逆变单元的输出电压值分别为2Vdc、Vdc、0、-Vdc和-2Vdc，所述逆变单元的输出电压值为所述交流输出节点与中性点之间的电压差。本专利技术还提供一种逆变器，包括三相逆变单元，其中每相逆变单元均采用上述逆变单元。有益效果：本专利技术所述逆变器在单相和多相应用时，与现有技术相比，采用的半导体元器件较少，尤其不需采用箝位二极管，而且只需采用一个独立的直流电源，因而极大地减小了逆变器的体积和成本，同时也降低了逆变器的损耗，提高了逆变器的效率；本专利技术所述逆变器的控制方式简单、易行，便于推广和使用；本专利技术所述逆变器尤其适用于高电压、大功率的应用场合。附图说明图1为本专利技术实施例1所述逆变单元的拓扑结构图；图2至图9依次为图1所示逆变单元处于第一工作模态至第八工作模态的等效电路图；其中，图2至图9的A图对应电流由逆变单元流向交流负载，图2至图9的B图对应电流由交流负载流向逆变单元；图10为本专利技术实施例1所述逆变器的三相拓扑结构图；图11为图1所示逆变单元的扩展结构示意图；图12为本专利技术实施例2所述逆变单元的拓扑结构图；图13为本专利技术实施例2所述逆变器的三相拓扑结构图；图14为图12所示逆变单元的扩展结构示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：如图1所示，本实施例提供一种逆变单元，其包括母线电容C1、母线电容C2、母线电容C3、晶体管S1至晶体管S10、分别与晶体管S1至晶体管S10反向并联的二极管D1至二极管D10，以及飞跨电容Cph。其中，所述母线电容C1、母线电容C2和母线电容C3依次串联，且母线电容C1的正极端与直流电源(图1中未示出)的正极端连接，母线电容C3的负极端与直流电源的负极端连接；所述晶体管S1的集电极分别与母线电容C1的负极端和母线电容C2的正极端(即图1中的M2端)连接，所述晶体管S1的发射极与晶体管S2的发射极连接，所述晶体管S5的集电极与母线电容C1的正极端(即图1中的M1端)连接，所述晶体管S2的集电极和晶体管S5的发射极均与晶体管S7的集电极连接，所述晶体管S7的发射极和晶体管S9的集电极均与飞跨电容Cph的正极端连接，所述晶体管S3的集电极分别与母线电容C2的负极端和母线电容C3的正极端(即图1中的M3端)连接，所述晶体管S3的发射极与晶体管S4的发射极连接，所述晶体管S6的发射极与母线电容C3的负极端(即图1中的M4端)连接，所述晶体管S4的集电极和晶体管S6的集电极均与晶体管S8的发射极连接，所述晶体管S8的集电极和晶体管S10的发射极均与飞跨电容Cph的负极端连接，所述晶体管S9的发射极和晶体管S10的集电极均与交流输出节点A连接，所述母线电容C1、母线电容C3和飞跨电容Cph两端的电压值均为Vdc,所述母线电容C2两端的电压值为2Vdc，且所述直流电源两端的电压值为4Vdc。优选地，本实施例中所采用的晶体管均为绝缘栅双极型晶体管。本实施例中所采用的每个晶体管及与其反向并联的二极管可只采用一组(如图1所示)。优选地，本实施例中所采用的每个晶体管及与其反向并联的二极管也可采用至少两组，且该至少两组晶体管及与其反向并联的二极管采用串联和/或并联的连接方式，当该至少两组晶体管及与其反向并联的二极管依次串联时，可使所述逆变单元实现更高的电压输出，进而能够应用于中、高压领域。这里，至少两组晶体管及与其反向并联的二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变单元，其特征在于，包括母线电容C1、母线电容C2、母线电容C3、晶体管S1至晶体管S10、分别与晶体管S1至晶体管S10反向并联的二极管D1至二极管D10，以及飞跨电容Cph，所述母线电容C1、母线电容C2和母线电容C3依次串联，且母线电容C1的正极端与直流电源的正极端连接，母线电容C3的负极端与直流电源的负极端连接；所述晶体管S1的集电极分别与母线电容C1的负极端和母线电容C2的正极端连接，所述晶体管S1的发射极与晶体管S2的发射极连接，所述晶体管S5的集电极与母线电容C1的正极端连接，所述晶体管S2的集电极和晶体管S5的发射极均与晶体管S7的集电极连接，所述晶体管S7的发射极和晶体管S9的集电极均与飞跨电容Cph的正极端连接，所述晶体管S3的集电极分别与母线电容C2的负极端和母线电容C3的正极端连接，所述晶体管S3的发射极与晶体管S4的发射极连接，所述晶体管S6的发射极与母线电容C3的负极端连接，所述晶体管S4的集电极和晶体管S6的集电极均与晶体管S8的发射极连接，所述晶体管S8的集电极和晶体管S10的发射极均与飞跨电容Cph的负极端连接，所述晶体管S9的发射极和晶体管S10的集电极均与交流输出节点连接，所述母线电容C1、母线电容C3和飞跨电容Cph两端的电压值均为Vdc，所述母线电容C2两端的电压值为2Vdc，且所述直流电源两端的电压值为4Vdc。...

【技术特征摘要】
1.一种逆变单元，其特征在于，包括母线电容C1、母线电
容C2、母线电容C3、晶体管S1至晶体管S10、分别与晶体管S1至
晶体管S10反向并联的二极管D1至二极管D10，以及飞跨电容Cph，
所述母线电容C1、母线电容C2和母线电容C3依次串联，且
母线电容C1的正极端与直流电源的正极端连接，母线电容C3的负
极端与直流电源的负极端连接；
所述晶体管S1的集电极分别与母线电容C1的负极端和母线
电容C2的正极端连接，所述晶体管S1的发射极与晶体管S2的发
射极连接，所述晶体管S5的集电极与母线电容C1的正极端连接，
所述晶体管S2的集电极和晶体管S5的发射极均与晶体管S7的集
电极连接，所述晶体管S7的发射极和晶体管S9的集电极均与飞跨
电容Cph的正极端连接，所述晶体管S3的集电极分别与母线电容
C2的负极端和母线电容C3的正极端连接，所述晶体管S3的发射
极与晶体管S4的发射极连接，所述晶体管S6的发射极与母线电容
C3的负极端连接，所述晶体管S4的集电极和晶体管S6的集电极均
与晶体管S8的发射极连接，所述晶体管S8的集电极和晶体管S10的发射极均与飞跨电容Cph的负极端连接，所述晶体管S9的发射
极和晶体管S10的集电极均与交流输出节点连接，
所述母线电容C1、母线电容C3和飞跨电容Cph两端的电压值
均为Vdc，所述母线电容C2两端的电压值为2Vdc，且所述直流电
源两端的电压值为4Vdc。
2.根据权利要求1所述的逆变单元，其特征在于，
所述逆变单元中的晶体管S1及与其反向并联的二极管D1，和
晶体管S2及与其反向并联的二极管D2由双向功率开关管SW1代
替，所述逆变单元中的晶体管S3及与其反向并联的二极管D3，和
晶体管S4及与其反向并联的二极管D4由双向功率开关管SW2代
替，
所述双向功率开关管SW1的一端分别与母线电容C1的负极端
和母线电容C2的正极端连接，所述双向功率开关管SW1的另一端
和晶体管S5的发射极均与晶体管S7的集电极连接，所述双向功率
开关管SW2的一端分别与母线电容C2的负极端和母线电容C3的正
极端连接，所述双向功率开关管SW2的另一端和晶体管S6的集电
极均与晶体管S8的发射极连接。
3.根据权利要求1或2所述的逆变单元，其特征在于，所述
逆变单元中采用的晶体管均为绝缘栅双极型晶体管。
4.根据权利要求1或2所述的逆变单元，其特征在于，
所述逆变单元中的晶体管S9及与其反向并联的二极管D9，晶
体管S10及与其反向并联的二极管D10，以及飞跨电容Cph作为一
个扩展模块，则该扩展模块采用至少两个，该至少两个扩展模块
依次串联，且这些串联的扩展模块具有两个端头，其中位于一个
端头处的扩展模块的晶体管S9的集电极和飞跨电容Cph的正极端
均与晶体管S7的发射极连接，晶体管S10的发射极和飞跨电容Cph的负极端均与晶体管S8的集电极连接，位于另一个端头处的扩展
模块的晶体管S9的发射极和晶体管S10的集电极均与交流输出节
点连接，其余的每个扩展模块的晶体管S9的集电极和飞跨电容Cph的正极端均与其串联的前一个扩展模块的晶体管S9的发射极连
接，晶体管S10的发射极和飞跨电容Cph的负极端均与其串联的前
一个扩展模块的晶体管S10的集电极连接，其余的每个扩展模块的
晶体管S9的发射极分别与其串联的后一个扩展模块的晶体管S9的集电极和飞跨电容Cph的正极端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪伟，张磊，张新涛，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65