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多电平逆变电路--概述

橘子汽水
2024-06-05 / 0 评论 / 0 点赞 / 11 阅读 / 3827 字

太阳能电池阵列输出电压高达1000V~1500V DC,可以通过降低直流保持相同的功率水平。电流降低使得设计中所需的同更少、功率传导器件体积更小,但是高耐压特性对功率元件是很大的挑战。所以为了补偿太阳能电池阵列产生的电压应力,则提出新的光伏逆变器拓扑——三电平转换器,类似于传统半桥会阻止每个开关器件上的全输入电压。即通过额外的开关阻断和传导元件,从而大幅度降低元件上的应力,从而提高电压处理能力。

如果需要逆变器承受更高的电压,可以采用更高等级的IGBT,或者采用IGBT串联的方式,但是IGBT的电压等级不可能太高(通常1200V,1700V的IGBT也比较常用),由于IGBT是高速器件,串联比较困难,另外采用二电平时的 \frac{di}{dt}较高,波形不太理想,此时便可以使用多电平逆变器。

多电平逆变电路

如果能使逆变电路的相电压输出更多种电平,不但有可能承受更高的电压,也可以使其波形更接近正弦波。常用的多电平逆变电路有中点钳位型逆变电路、飞跨电容型逆变电路、单元串联多电平逆变电路。

1 飞跨电容型逆变电路

飞跨电容型逆变电路由于要使用较多的电容,而且要控制电容上的电压,因此使用较少,如果要构成更多电平的电路,则需要的电容数目会急剧增加。

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飞跨电容性三电平逆变电路

2 中点钳位(Neutral Point Clamped)三电平逆变电路

该电路的每个桥臂由两个全控型器件构成,两个器件都反并联了二极管。一个桥臂的两个器件中点通过钳位二极管和直流侧电容中点连接,例如U相的的上下桥臂分别通过钳位二极管 VD_1VD_4O^{'}点相连接。中点钳位型三电平逆变电路的每个开关器件关断时承受的电压仅为直流侧电压的一半,这是该电路比两电平逆变电路更适合于高压大电容应用场合的原因。

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中点钳位型三电平逆变电路

该电路与三电平电路方法类似,如下图为中点钳位型五电平逆变电路,随着电平数的增加,所需钳位二极管的数目也急剧增加。

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中点钳位型五电平逆变电路

3 单元串联多电平逆变电路

如下图为三单元串联的多电平逆变电路,其中的“单元”实际为单相电压型全桥逆变电路(又称H桥电路)。

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三单元串联多电平逆变电路

如下图可以看出,实际上单元串联的多电平逆变电路是由多个单相电压型全桥逆变电路串联起来的串联多重单相逆变电路,通过多个单元输出电压的叠加产生总的输出电压,同时通过不同单元输出电压之间错开一定的相位减小总输出电压的谐波,值得注意的是每个全桥逆变电路都有一个独立的直流电源,因此输出电压的串联可以不同变压器。三单元串联的逆变电路相电压可以产生 ±3U_d、±2U_d、±U_d和0共其中电平。如果每相采用更多单元串联,则可以输出更高的电压,其波形更接近正弦波。该拓扑的问题就是要给每个单元提供一个独立的直流电源,一般是通过给每个单元加一个带输入变压器的整流电路实现的。

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