[发明专利]一种高性能中点箝位三电平非隔离逆变器及其开关控制时序

说明书

本发明涉及一种具备非单位功率因数运行和进网直流成分抑制能力的高可靠分裂电感中点箝位型三电平非隔离逆变器，其中，逆变器包括电源支路(A)，第一及第二进网直流成分抑制支路(B、G)，第一及第二无功能量流通支路(C、D)，第一及第二高可靠逆变支路(E、F)，电源支路A由直流电源构成，第一及第二进网直流成分抑制支路B、G分别由两组分压电容构成。本发明在单极性SPWM调制方式下不产生高频漏电流和工频漏电流、具有更强的进网直流成分抑制能力、可避免桥臂直通风险。同时，所有功率开关管和二极管的电压应力均为输入直流电压的一半。此外，配合相应的开关控制时序，该逆变器可工作于非单位功率因数下，具备无功输出能力。

技术领域

本发明涉及一种逆变器，尤其涉及一种具备非单位功率因数运行和直流成分抑制能力的高可靠分裂电感中点箝位三电平非隔离逆变器，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

光伏发电作为一种清洁可持续能源得到了世界各国的广泛关注并被迅速普及应用，非隔离并网系统因不含低频和高频变压器而具有变换效率高、成本低、重量轻等突出优势，在新能源开发，特别是分布式光伏并网中被普及应用。但是，拿掉变压器的非隔离并网系统面临接触漏电流和进网直流电流分量这两大技术挑战。由于光伏电池板对地寄生电容的存在，并网逆变器中功率开关管的高频动作可能在寄生电容中产生漏电流。漏电流会造成进网电流畸变以及电磁干扰，危害设备的稳定运行及人员安全。同时，失去电网侧隔离进网电流直流成分的隔离变压器后，该直流成分可能引起配电网上级变压器偏磁饱和、电缆绝缘老化、逆变器寿命降低等问题。

随着基于并网逆变器的分布式电源在配电系统中数量和容量占比的提高，各国并网标准均提出要求其具备一定的无功输出能力。另外，随着分布式电源系统中直流汇集电压等级的逐渐提高，传统电压源逆变器桥臂开关管电压应力快速上升、且在误触发下的直通问题也日益突出。

日本学者Akira Nabae等人于1981年提出的二极管箝位三电平并网逆变器，由于功率器件的电压应力为输入直流电压的一半，其差模特性好，电路结构如附图1所示；其由于电容桥臂中点直接连接电网中性线，在非隔离并网系统中得到了广泛的应用；但其开关桥臂开关管存在直通风险。为了提高传统二极管箝位三电平并网逆变器的可靠性，专利CN101783611A发明一种分裂电感型电路结构，如附图2所示，虽然提高了并网逆变器的抗直通能力，但其无法运行于无功状态。随后，德国学者Michael Frisch等人公开了一种具有非单位功率因数运行能力的分裂电感型电路结构，如附图3所示，但其无功能量流通支路中功率器件电压等级为输入直流电压，不适合高压应用场合。

虽然二极管箝位三电平并网逆变器直流侧电容可以帮助抑制进网直流成分，但在续流阶段时进网电流并不流经直流侧电容，一定程度上限制了进网直流成分抑制能力的提升。为此，西班牙学者Roberto González等人提出了附加一组电容桥臂抑制进网直流成分的电路，如附图4所示，该电路的开关桥臂仍然面临直通风险。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种高性能中点箝位三电平非隔离逆变器，该技术方案构建了一种具备非单位功率因数运行和进网直流成分抑制能力的高可靠分裂电感中点箝位三电平非隔离逆变器及其开关控制时序，解决了现有技术的不足，应用范围更加广泛。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种高性能中点箝位三电平非隔离逆变器，其特征在于，所述逆变器包括电源支路(A)，第一及第二进网直流成分抑制支路(B、G)，第一及第二无功能量流通支路(C、D)，第一及第二高可靠逆变支路(E、F)。

作为本发明的一种改进，第一及第二无功能量流通支路(C、D)的有源箝位开关管连接至第一进网直流成分抑制支路(B)的中点、第一及第二高可靠逆变支路(E、F)的无源箝位二极管连接至第一进网直流成分抑制支路(B)的中点，从实现所有功率器件电压应力为输入直流电压的一半。