[发明专利]线和中性点箝位逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器拓扑，并且具体涉及一种用于对电网供电的太阳能逆变器拓扑。

背景技术

太阳能逆变器的目的是以高效率将太阳能电池所产生的直流电压转换成交流电压。典型属类的逆变器使用2电平(线到中性点)拓扑，其中输出被系接到(tied to)直流链路的正极或负极。通过使用3电平(线到中性点)拓扑来增加效率，其中输出可被系接到三个电位：直流链路的正极或负极或者中性点。

太阳能逆变器的另一重要方面是最小化直流链路与保护接地之间的高频共模电压的能力。如果这些高频共模电压出现，则高频共模电流会流经光伏板的寄生电容并且可能损坏光伏板。因此，在光伏逆变器应用中最小化共模电压至关重要。

公布A new neutral-point-clamped PWM inverter，A.Nabae，I.Takahashi，&H.Akagi公开了一种可被用于最小化有害高频共模电压的生成的NPC(中性点箝位)逆变器拓扑。NPC逆变器使用3电平(线到中性点)调制并且可具有5电平(线到线)输出电压，其中在两个输出线之间测量输出电压。

为了避免共模电压，在NPC逆变器中可以使用被称为“中性点零状态”的状态。在零状态下，输出线不具有到直流链路的连接。除此之外，在中性点零状态下输出被系接到同一电位，即中性点。逆变器臂中的外部开关处于非导通状态，并且电流流经两个内部开关和两个二极管。

通过使用中性点零状态和3电平(线到线)输出电压，可以消除共模电压的生成。与2电平(线到中性点)调制相比，3电平(线到中性点)调制的使用还会提高效率。

然而，与以上装置相关联的一个缺点是，在电流路径上始终存在四个功率半导体。电流路径上的这些功率半导体会增加功率损耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备和方法以减轻以上缺点。本发明的目的是通过以独立权利要求中所阐述的内容为特征的装置和方法来实现的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

本发明基于在中性点零状态下提供新的电流路径的构思。仅具有两个功率半导体的路径可以通过使用还从线侧箝位逆变器臂而建立。因此功率损耗降低并且可实现更好的效率。

附图说明

以下将通过参照附图的优选实施例更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的逆变器的简化图，以及

图2示出了根据本发明的实施例中的电流路径。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的逆变器的简化图。逆变器对电网供电并包括直流链路，直流链路包括串联的两个电容器单元和电容器单元之间的中性点VDC0。图1中的直流链路由太阳能电池供电。直流链路还可以由其它类型的电源供电。电源例如可以是燃料电池、可再充电电池组或升压转换器。转换器在其输入与输出之间还可以具有电流隔离(galvanic isolation)。

逆变器还包括第一逆变器臂和第二逆变器臂，两个臂连接在直流链路的极V_DC+与V_DC-之间。两个逆变器臂包括串联连接的四个开关器件S_n1-S_n4(n∈{1，2})。每个开关器件S_n1-S_n4具有导通状态和非导通状态，并且当所有开关器件S_n1-S_n4处于导通状态时，开关器件S_n1-S_n4一起形成从直流链路的正极到直流链路的负极的低阻抗路径。开关器件S_n1-S_n4可以例如是如图2中的IGBT(绝缘栅双极晶体管)，或者功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。在本实施例中，每个开关器件S₁₁-S₁₄和S₂₁-S₂₄与续流二极管成对。在本发明的一些实施例中，部分开关器件可以是IGBT，而部分开关器件可以是功率MOSFET。

两个逆变器臂包括两个最上面的开关器件S_n1与S_n2之间的上连接点V_n12、两个最下面的开关器件S_n3与S_n4之间的下连接点V_n34、以及在两个中间开关器件S_n2与S_n3之间的输出V_n23。利用平衡LCL滤波器来对输出进行滤波。