一種單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器電路結(jié)構(gòu)，是由輸入直流電源、三相逆變橋、三相濾波器、三相交流負(fù)載或三相交流電網(wǎng)依序級(jí)聯(lián)構(gòu)成，并且在輸入直流電源與三相逆變橋之間串聯(lián)有大升壓比阻抗網(wǎng)絡(luò)；大升壓比阻抗網(wǎng)絡(luò)是由儲(chǔ)能電感和依序級(jí)聯(lián)的n個(gè)相同的SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，其中n為大于1的自然數(shù)；每個(gè)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元，是由一個(gè)功率二極管、一個(gè)儲(chǔ)能電感、兩個(gè)儲(chǔ)能電容構(gòu)成；三相逆變橋是由六個(gè)兩象限功率開(kāi)關(guān)構(gòu)成。這種逆變器能將不穩(wěn)定的寬變化范圍低壓直流電單級(jí)變換成穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的三相正弦交流電，具有功率密度高、變換效率高、升壓比大、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于中大容量三相逆變場(chǎng)合。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)所涉及的一種單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器，屬電力電子技術(shù)。
技術(shù)介紹
逆變器是應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件將直流電變換成交流電的一種靜止變流裝置，供交流負(fù)載使用或與交流電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。由于石油、煤和天然氣等化石能源(不可再生能源)日益緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重、全球變暖、核能生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生核廢料和污染環(huán)境等原因，能源和環(huán)境已成為21世紀(jì)人類(lèi)所面臨的重大問(wèn)題。太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能、潮汐能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉?綠色能源)，具有清潔無(wú)污染、廉價(jià)、可靠、豐富等優(yōu)點(diǎn)，其開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越受到人們的重視，這對(duì)世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能、潮汐能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉崔D(zhuǎn)化的直流電能通常是不穩(wěn)定的，需要采用逆變器將其變換成交流電能供給負(fù)載使用或與交流電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。在以直流發(fā)電機(jī)、蓄電池、太陽(yáng)能電池、燃料電池、風(fēng)力機(jī)等為主直流電源的變換場(chǎng)合，逆變器具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，中大容量逆變場(chǎng)合通常采用傳統(tǒng)的三相電壓型PWM逆變器電路結(jié)構(gòu)。這類(lèi)逆變器正常工作時(shí)必須滿足直流側(cè)電壓大于交流側(cè)線電壓的峰值，故存在一個(gè)明顯的缺陷當(dāng)直流側(cè)電壓(如光伏電池輸出能力)降低時(shí)，如陰雨天或夜晚，整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)將難以正常運(yùn)行，系統(tǒng)的利用率下降。對(duì)此，常采用如下兩種方法來(lái)解決(I)前級(jí)加Boost型直流變換器或高頻隔離型DC-DC變換器，增加了功率變換級(jí)數(shù)、電路復(fù)雜性、損耗和成本；(2)輸出加三相工頻變壓器，大大增加了系統(tǒng)的體積、重量和成本，難以適應(yīng)銅鐵原材料價(jià)格急劇上漲的今天。因此，尋求一種橋臂無(wú)須設(shè)死區(qū)時(shí)間、高可靠性、單級(jí)電路結(jié)構(gòu)的新型三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器已迫在眉睫。這對(duì)于有效地克服傳統(tǒng)PWM變換器存在的橋臂須設(shè)死區(qū)時(shí)間、升壓比不夠大(非隔離型)、系統(tǒng)的體積重量大和成本高(輸出加三相工頻變壓器)等缺陷，提高變換系統(tǒng)的輸出波形質(zhì)量、可靠性和降低輸入側(cè)EMI，拓寬電力電子學(xué)逆變技術(shù)和可再生能源發(fā)電技術(shù)理論，推動(dòng)新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及發(fā)展節(jié)能型與節(jié)約型社會(huì)均具有重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)目的是要提供一種具有大升壓比、單級(jí)功率變換、功率密度高、變換效率高、輸出波形質(zhì)量高、可靠性高、輸入電壓變化范圍寬、成本低、適用于中大容量逆變場(chǎng)合等特點(diǎn)的單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器。本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案在于一種單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器，是由輸入直流電源、三相逆變橋、三相濾波器、三相交流負(fù)載或三相交流電網(wǎng)依序級(jí)聯(lián)構(gòu)成，并且在輸入直流電源與三相逆變橋之間串聯(lián)有大升壓比阻抗網(wǎng)絡(luò)；所述的大升壓比阻抗網(wǎng)絡(luò)是由儲(chǔ)能電感Ltl和依序級(jí)聯(lián)的η個(gè)相同的SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，其中η為大于I的自然數(shù)；每個(gè)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元，是由一個(gè)功率二極管Sj、一個(gè)儲(chǔ)能電感Lp兩個(gè)儲(chǔ)能電容&和C/構(gòu)成，功率二極管S」的陰極與儲(chǔ)能電感h的一端、儲(chǔ)能電容Cj的正極性端相連接，儲(chǔ)能電感h的另一端、功率二極管Sj的陽(yáng)極分別與儲(chǔ)能電容C/的正、負(fù)極性端相連接，儲(chǔ)能電容&的負(fù)極性端與相鄰的前級(jí)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元中同一位置的儲(chǔ)能電容的正極性端相連接，功率二極管I與儲(chǔ)能電容C/的連接端和儲(chǔ)能電容G的負(fù)極性端構(gòu)成了第j個(gè)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元的輸入端口，儲(chǔ)能電感h與儲(chǔ)能電容C/的連接端和儲(chǔ)能電容&的正極性端構(gòu)成了第j個(gè)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元的輸出端口，輸入直流電源正極性與儲(chǔ)能電容C1負(fù)極性的連接端和功率二極管S1與儲(chǔ)能電容C/的連接端之間連接有儲(chǔ)能電感Lci,儲(chǔ)能電感Ln與儲(chǔ)能電容(V的連接端和三相逆變橋的正母線端相連接，其中j為不大于η的自然數(shù)；所述的三相逆變橋是由六個(gè)承受單向電壓應(yīng)力和雙向電流應(yīng)力的兩象限功率開(kāi)關(guān)構(gòu)成。本專(zhuān)利技術(shù)將“由三相逆變橋、三相濾波器、(三相工頻變壓器)級(jí)聯(lián)構(gòu)成的傳統(tǒng)單級(jí)三相PWM變換器電路結(jié)構(gòu)或多級(jí)級(jí)聯(lián)PWM變換器電路結(jié)構(gòu)”構(gòu)建為“由大升壓比阻抗網(wǎng)絡(luò)與依·序級(jí)聯(lián)的三相逆變橋、三相濾波器串聯(lián)構(gòu)成的單級(jí)電路結(jié)構(gòu)”，首次提出了單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器新概念與電路結(jié)構(gòu)，即通過(guò)提供依序級(jí)聯(lián)的η個(gè)相同的SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元，利用前級(jí)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元的輸出作為后級(jí)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元的輸入來(lái)提高逆變器的升壓比。通過(guò)調(diào)節(jié)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元的階數(shù)η和逆變器儲(chǔ)能電感的充磁占空比Dtl=TcZTs來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變器升壓比的調(diào)節(jié)，其中Ts為高頻開(kāi)關(guān)周期時(shí)間，T0為三相逆變橋在一個(gè)Ts內(nèi)的橋臂直通時(shí)間。本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于本專(zhuān)利技術(shù)能將不穩(wěn)定的寬變化范圍低壓直流電單級(jí)變換成穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的三相正弦交流電，具有單級(jí)功率變換、功率密度高、變換效率高、升壓比大、輸出波形質(zhì)量高、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于中大容量三相無(wú)源逆變和并網(wǎng)逆變場(chǎng)合。附圖說(shuō)明圖I.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的電路結(jié)構(gòu)。圖2.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的原理波形。圖3.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的電路拓?fù)鋵?shí)例一一三相LC波式電路原理圖。圖4.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的電路拓?fù)鋵?shí)例二一三相LCL濾波式電路原理圖。圖5.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂直通期間D0Ts的充磁等效電路S1丨,S3 ; >S5 ;、S/ ,S6 ; ,S2 ;導(dǎo)通。圖6.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂非直通期間(I-Dtl) Ts模態(tài)O (000)時(shí)的祛磁等效電路一S/、S/ ,S2 ;導(dǎo)通和S/ ,S3 ;、S5 ,截止。圖7.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂非直通期間(I-Dtl) Ts模態(tài)1(001)時(shí)的祛磁等效電路一S4 ’、S5 ’、S6 ’導(dǎo)通和S1 ’、S2 ’、S3 ’截止。圖8.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂非直通期間(I-Dtl) Ts模態(tài)2 (010)時(shí)的祛磁等效電路一S^ ,S3 ;、S4 ,導(dǎo)通和S/、S5 ,、S/截止。圖9.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂非直通期間(I-Dtl)Ts模態(tài)3(011)時(shí)的祛磁等效電路一S^、S4 ,、S5 ,導(dǎo)通和S/ ,S2 ;、S/截止。圖10.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂非直通期間(I-Dtl) Ts模態(tài)4 (100)時(shí)的祛磁等效電路一S/ ,S2 ;、S/導(dǎo)通和、S/ ,S5 ;截止。 圖11.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂非直通期間(I-Dtl) Ts模態(tài)5 (101)時(shí)的祛磁等效電路一S/ ,S5 ;、S/導(dǎo)通和,S3 ;、S/截止。圖12.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂非直通期間(I-Dtl) Ts模態(tài)6 (110)時(shí)的祛磁等效電路一S/、S2' ,S3 ;導(dǎo)通和S/ ,S5 ;、S/截止。圖13.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器儲(chǔ)能電感在橋臂非直通期間(I-Dtl)Ts模態(tài)7(111)時(shí)的祛磁等效電路一S/ ,S3 ; >S5 ;導(dǎo)通和S/、S/ ,S2 ;截止。圖14.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器的控制原理框圖。圖15.單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種單級(jí)三相大升壓比串聯(lián)電壓型準(zhǔn)阻抗源逆變器，其特征在于：這種逆變器電路結(jié)構(gòu)是由輸入直流電源、三相逆變橋、三相濾波器、三相交流負(fù)載或三相交流電網(wǎng)依序級(jí)聯(lián)構(gòu)成，并且在輸入直流電源與三相逆變橋之間串聯(lián)有大升壓比阻抗網(wǎng)絡(luò)；所述的大升壓比阻抗網(wǎng)絡(luò)是由儲(chǔ)能電感L0和依序級(jí)聯(lián)的n個(gè)相同的SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，其中n為大于1的自然數(shù)；每個(gè)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元，是由一個(gè)功率二極管Sj、一個(gè)儲(chǔ)能電感Lj、兩個(gè)儲(chǔ)能電容Cj和Cj′構(gòu)成，功率二極管Sj的陰極與儲(chǔ)能電感Lj的一端、儲(chǔ)能電容Cj的正極性端相連接，儲(chǔ)能電感Lj的另一端、功率二極管Sj的陽(yáng)極分別與儲(chǔ)能電容Cj′的正、負(fù)極性端相連接，儲(chǔ)能電容Cj的負(fù)極性端與相鄰的前級(jí)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元中同一位置的儲(chǔ)能電容的正極性端相連接，功率二極管Sj與儲(chǔ)能電容Cj′的連接端和儲(chǔ)能電容Cj的負(fù)極性端構(gòu)成了第j個(gè)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元的輸入端口，儲(chǔ)能電感Lj與儲(chǔ)能電容Cj′的連接端和儲(chǔ)能電容Cj的正極性端構(gòu)成了第j個(gè)SLCC型二端口阻抗網(wǎng)絡(luò)單元的輸出端口，輸入直流電源正極性與儲(chǔ)能電容C1負(fù)極性的連接端和功率二極管S1與儲(chǔ)能電容C1′的連接端之間連接有儲(chǔ)能電感L0，儲(chǔ)能電感Ln與儲(chǔ)能電容Cn′的連接端和三相逆變橋的正母線端相連接，其中j為不大于n的自然數(shù)；所述的三相逆變橋是由六個(gè)承受單向電壓應(yīng)力和雙向電流應(yīng)力的兩象限功率開(kāi)關(guān)構(gòu)成。...
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳道煉，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：福州大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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