[发明专利]单级三相大升压比电流型逆变器

说明书

技术领域

本发明所涉及的一种单级三相大升压比电流型逆变器，属电力电子技术。

背景技术

逆变器是应用功率半导体器件将直流电变换成交流电的一种静止变流装置，供交流负载使用或与公共电网并网发电。

由于石油、煤和天然气等化石能源（不可再生能源）日益紧张、环境污染严重、全球变暖、核能生产会产生核废料和污染环境等原因，能源和环境已成为21世纪人类所面临的重大问题。太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源（绿色能源），具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点, 开发和利用可再生能源越来越受到人们的重视，这对世界各国经济的持续发展具有相当重要的意义。太阳能、风能、氢能、潮汐能、地热能等可再生能源转化的直流电能通常是不稳定的，需要采用逆变器将其变换成交流电能供给负载使用或与公共电网并网发电。在以直流发电机、蓄电池、太阳能电池、燃料电池、风力机等为主直流电源的逆变场合，逆变器具有广泛的应用前景。

目前在中大容量的逆变场合，通常采用单级三相电压型（Buck型）逆变器电路结构。这类逆变器正常工作时必须满足直流侧电压大于交流侧线电压的峰值，故存在一个明显的缺陷：当直流侧电压（如光伏电池输出能力）降低时，如阴雨天或夜晚，整个发电系统将停止运行，系统的利用率下降。对此，常采用如下两种方法来解决这—问题：（1）前级加Boost型直流变换器，从而构成两级功率变换的电路结构，增加了电路的复杂性、损耗和成本；（2）输出加三相工频变压器，从而大大增加了系统的体积、重量和成本，特别难以适应铜铁原材料价格急剧上涨的今天。

因此，寻求一种具有单级电路结构的三相大升压比电流型（Boost型）逆变器已迫在眉睫。这对于有效克服单级三相电压型（Buck型）逆变器无法直接应用于三相升压逆变场合的缺陷、提高逆变系统的过载和短路能力及寿命、降低输入直流侧电磁干扰、拓宽电力电子学逆变技术和可再生能源发电技术理论、推动新能源发电产业的发展、发展节能型与节约型社会均具有重要的意义。

发明内容

本发明目的是要提供一种具有大升压比、单级功率变换、变换效率高、成本低、过载和短路时可靠性高、输出容量大、应用前景广泛等等优点的单级三相大升压比电流型（Boost型）逆变器。

本发明的技术方案在于：一种单级三相大升压比电流型（Boost型）逆变器，是由带中心抽头的储能电感、三相逆变桥和三相滤波器依序级联构成，并且在储能电感的中心抽头与输入直流供电电源之间连接有储能开关，所述的输入直流供电电源、储能电感和储能开关构成充磁回路；所述的三相逆变桥是由承受双向电压应力和单向电流应力的两象限功率开关构成。

本发明将“由三相逆变桥和三相LC滤波器依序级联构成的传统单级三相电压型（Buck型）逆变器电路结构”构建为“由带中心抽头的储能电感、三相逆变桥和三相滤波器依序级联构成、并且在储能电感的中心抽头与输入直流供电电源之间连接有储能开关的单级电路结构”，首次提出了单级三相大升压比电流型（Boost型）逆变器新概念与电路结构，即通过提供电感L₁（对应绕组N₁）的储能回路和电感L（对应绕组N₁+N₂）的释能回路，利用储能回路电感L₁（对应绕组N₁）小于释能回路电感L（对应绕组N₁+ N₂）来提高逆变器的升压比。通过调节储能电感的中心抽头位置（即可调节绕组匝数N₁和N₂的大小）和逆变器的占空比，可实现升压比的调节。

本发明的优点在于：本发明能够将不稳定、低幅值、劣质的直流电变换成稳定、高幅值、高质量的三相输出正弦交流电，具有单级功率变换、功率密度高、变换效率高、升压比大、输出波形失真度低、过载和短路时可靠性高、系统寿命长、成本低等优点，适用于升压、中大容量三相无源逆变和并网逆变场合，特别适用于光伏发电系统全程光能利用和最大功率点跟踪控制；随着双向可阻断IGBT等新型器件的出现，这种逆变器不再必需串联二极管，解决了串联二极管的损耗问题，更加显示出其独特的优势。

附图说明

图1.单级三相大升压比电流型逆变器在储能电感位于输入直流母线正端时的电路结构。

图2.单级三相大升压比电流型逆变器在储能电感位于输入直流母线负端时的电路结构。

图3.单级三相大升压比电流型逆变器原理波形。

图4.三相输出电压在一个低频输出周期内的六个60°区间。