CN106992703A - 采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路，所述逆变电路包括：分压电路、多个三相三电平逆变器、电流检测电路、控制器和驱动模块。本发明通过多个三相三电平逆变器分别在驱动模块的驱动下将分压后的直流电能转换为交流电能，控制器根据电流检测电路检测到的反馈电流生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述驱动模块，从而避免了单个逆变器并网输出电流能力有限，无需增大开关频率，减低了对器件的损耗，避免了对并网控制***的稳定性和安全性造成威胁，另外，无需增大电感值仍可达到滤除纹波和谐波，不会增加逆变电路的体积和成本。

Description

采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路。
背景技术
新能源发电成为当下流行的趋势，光伏、风力等清洁能源取之不尽，污染小的特点，国家大量增加光伏装机容量，一些光伏发电逆变器或其他分布式电源并网时对电网的谐波影响很大，单个逆变器并网输出电流能力有限，电流纹波与功率开关器件频率成反比，减小纹波就要增大开关频率，对器件的损耗相应增大，容易造成威胁并网控制***的稳定性和安全性。
随着并网逆变器功率的提高，输出电流增大，原有的电感器相比之下就要适当增大电感值才能达到滤出纹波和谐波的效果，但会加大逆变器体积，同时增加成本。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路，旨在解决现有技术中存在威胁并网控制***的稳定性和安全性，以及加大逆变器体积和成本的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路，所述逆变电路包括：均压电路、多个三相三电平逆变器、电流检测电路、控制器和驱动模块；
所述均压电路，用于对输入的直流电能进行均压处理，得到直流侧中心点位，所述直流侧中心点位与交流侧的N线连接；
各三相三电平逆变器并联，分别用于在驱动模块的驱动下将均压处理后的直流电能转换为交流电能；
所述电流检测电路，用于检测所述交流电能的电流值，并将检测的电流值作为反馈电流；
所述控制器，用于根据所述反馈电流生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述驱动模块。
优选地，所述均压电路包括：两个串联的电容，各电容分别并联有阻值相同的无源器件。
优选地，所述三相三电平逆变器具有两个，且分别并联在直流侧；
优选地，所述逆变电路还包括：滤波输出电感；
所述滤波输出电感，用于对所述交流电能进行滤波，并将滤波后的交流电能输出。
优选地，所述滤波输出电感包括：两组从电感器和一组总电感器，所述从电感器分别对应于所述三相三电平逆变器；
各组从电感器的第一端与对应的三相三电平逆变器的输出端连接，各组从电感器的第二端与所述总电感器的第一端相连。
优选地，所述电流检测电路与所述总电感器的第二端以及各组从电感器的第一端分别连接。
优选地，各三相三电平逆变器分别包括多个桥臂，各桥臂分别包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT。
优选地，所述三相三电平逆变器之间的对应桥臂并联连接，对应的桥臂之间的驱动信号的载波相位相反、且调制波相同。
本发明通过多个三相三电平逆变器分别在驱动模块的驱动下将直流电能转换为交流电能，控制器根据电流检测电路检测到的反馈电流生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述驱动模块，从而避免了单个逆变器并网输出电流能力有限，无需增大开关频率，减低了对器件的损耗，避免了对并网控制***的稳定性和安全性造成威胁，另外，无需增大电感值仍可达到滤除纹波和谐波，不会增加逆变电路的体积和成本。
附图说明
图1是本发明的采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路的第一种实施例的结构框图；
图2是本发明实施例的并联式三电平逆变器的总体拓扑框图；
图3是本发明实施例的四个三角载波生成图；
图4是本发明实施例的同一桥臂上载波层叠调制和并联臂间载波移相调制示意图；
图5是本发明实施例的电流闭环控制图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明第一实施例提供一种采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路，所述逆变电路包括：均压电路、多个三相三电平逆变器、电流检测电路、控制器和驱动模块；
所述均压电路，用于对输入的直流电能进行均压处理，得到直流侧中心点位，所述直流侧中心点位与交流侧的N线连接；
各三相三电平逆变器并联，分别用于在驱动模块的驱动下将均压处理后的直流电能转换为交流电能；
所述电流检测电路，用于检测所述交流电能的电流值，并将检测的电流值作为反馈电流；
所述控制器，用于根据所述反馈电流生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述驱动模块。
本实施例通过多个三相三电平逆变器分别在驱动模块的驱动下将直流电能转换为交流电能，控制器根据流检测电路检测到的反馈电流生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述驱动模块，从而避免了单个逆变器并网输出电流能力有限，无需增大开关频率，减低了对器件的损耗，避免了对并网控制***的稳定性和安全性造成威胁，另外，无需增大电感值仍可达到滤除纹波和谐波，不会增加逆变电路的体积和成本。
为便于保证均压效果，参照图2，所述均压电路包括：两个串联的电容，各电容分别并联有阻值相同的无源器件。
为便于对所述直流电能进行转换，本实施例中，所述三相三电平逆变器具有两个，且分别并联在直流侧；
为便于对所述交流电进行滤波，本实施例中，所述逆变电路还包括：滤波输出电感；
所述滤波输出电感，用于对所述交流电能进行滤波，并将滤波后的交流电能输出。
为便于对两个三相三电平逆变器转换的交流电源分别进行滤波，并对汇合后的交流电源进行再次滤波，本实施例中，所述滤波输出电感包括：两组从电感器和一组总电感器，所述从电感器分别对应于所述三相三电平逆变器；
各组从电感器的第一端与对应的三相三电平逆变器的输出端连接，各组从电感器的第二端与所述总电感器的第一端相连。
为便于从电感器输入端的电流进行检测，并对总电感器输出端的电流进行检测，所述电流检测电路与所述总电感器的第二端以及各组从电感器的第一端分别连接。
在具体实现中，各三相三电平逆变器分别包括多个桥臂，各桥臂分别包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT，四个IGBT进行串联连接，且多个桥臂之间并联连接。
相应地，所述三相三电平逆变器之间的对应桥臂并联连接，对应的桥臂之间的驱动信号的载波相位相反(即相位相差180°)、且调制波相同，由于使用并联桥臂间载波移相，每个并联桥臂连接电感器输出的电流纹波幅值相等，相位由载波相位差导致相反，故并联桥臂输出汇总的到总电感器上电流纹波相互抵消。
开关频率等效为单个逆变器的两倍，总电感器上的电流纹波与IGBT的开关频率和电感压降△uL有关，纹波频率接近开关频率，则总输出电流纹波开关频率相比单个三电平逆变器开关频率高很多，相比之下滤波电感的截止频率远低于使用载波移相的并联逆变器的开关频率，因此电感纹波电流衰减量大，输出到电网的纹波电流少很多。
另外，可对桥臂上的四个IGBT使用载波层叠技术，并联桥臂间使用载波移相调制提高输出电流开关频率，对于整个逆变器电流采样后使用电流闭环控制，每个并联逆变器均进行电流闭环控制，并联逆变器相同桥臂输出端分别连接从电感器后合成一相做为输出与网侧母线通过总电感器相连，这种并联式三电平逆变器加以电流闭环控制，减小了并联逆变器因并联造成的环流，且成倍提高逆变器等效开关频率，抑制谐波，再者并联后的逆变器输出电流成倍提高，纹波减小。
参照图2，两个并联的逆变器单个桥臂输出侧电感器相连再通过总电感器和交流网侧相连，共有三个电流取样点分别为逆变器1三相交流输出点、逆变器2三相交流输出点及交流网侧馈线。三个部分电流分别通过电流检测电路1、电流检测电路2及电流检测电路3采样，并传输至控制器，所述控制器采用可编程硬件逻辑器件(FPGA)，FPGA主要完成三相调制波生成，并联三电平逆变器载波移相使用的四个三角波生成，以及控制两个逆变器各桥臂的IGBT的PWM信号生成。
如图3所示为A相四个三角载波生成图。三角载波1与2为同相，在Y轴上平移，三角载波1移相T/N得到三角载波3，使用两个单元并联N＝2，得到三角载波3移相角为180°，三角载波2移相180°得到三角载波4。
如图4所示，三电平逆变器的单个桥臂中含有四个开关器件IGBT，根据三电平控制策略，导通和关断方式为1和2管导通，3和4管关断，或2和3管导通，1和4管关断，或1和2管关断，3和4管开通。本实施例中对于A相桥臂上四个IGBT的使用载波层叠调制，需要两个三角载波。管1和管3为一对互补PWM波，管2和管4为一对互补PWM波，该桥臂的调制信号相同。三角载波1和2频率、相位相同，幅值在Y轴上平移。三角载波1和调制波比较生成互补PWM信号分别驱动管1和管3，三角载波2和调制波比较生成互补PWM信号分别驱动管2和管4。并联逆变器A相桥臂同样使用载波层叠，使用两路同相层叠三角波，但三角载波3在三角载波1基础上相位移180°，三角载波4在三角载波2基础上相位移180°，三角载波3和调制波比较生成两路PWM控制并联桥臂的管1和管3，三角载波4和调制波比较生成两路PWM控制并联桥臂的管2和管4，对于并联桥臂之间为载波移相调制。B相和C相并联桥臂分别使用B相调制波和C相调制波与三角载波比较得到PWM信号驱动B相和C相的8个IGBT。
逆变器输出电流的纹波与开关频率f和电感上压降△U有关，
△U＝U1-USsin(wt+Φ)，△U＝L*di/t，USsin(wt+Φ)为网侧电压，U1为逆变器电感器之前的电压，实施例使用三电平逆变技术，使AN电位为U/2、0、-U/2，比两电平输出U、-U电压小U/2，则三电平U1＝U/2，两电平U1＝U。则三电平△U＝L*di/t在同样电感下的di/t相对较小，电流输出纹波比两电平小，并联后使用载波移相，逆变器1输出电流纹波与逆变器2输出纹波幅值相等，相位相反，输出点汇合到总电感器上的电流纹波相互抵消，减小逆变器输出电流纹波。
如图5所示，反馈电流If由电流采样模块采样得到，对网侧电压作abc-dq变化得到与网侧电压同相位的相位角，实时跟踪锁定网侧相位，给定逆变器输出电流指令幅值，与网侧相位角通过乘法器相乘得到指令电流信号，与反馈电流If做差，调节比例系数KP，得到调制波。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种采用载波脉冲调制技术的并联式三电平逆变电路，其特征在于，所述逆变电路包括：均压电路、多个三相三电平逆变器、电流检测电路、控制器和驱动模块；
所述均压电路，用于对输入的直流电能进行均压处理，得到直流侧中心点位，所述直流侧中心点位与交流侧的N线连接；
各三相三电平逆变器并联，分别用于在驱动模块的驱动下将均压处理后的直流电能转换为交流电能；
所述电流检测电路，用于检测所述交流电能的电流值，并将检测的电流值作为反馈电流；
所述控制器，用于根据所述反馈电流生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述驱动模块。
2.如权利要求1所述的逆变电路，其特征在于，所述均压电路包括：两个串联的电容，各电容分别并联有阻值相同的无源器件。
3.如权利要求2所述的逆变电路，其特征在于，所述三相三电平逆变器具有两个，且分别并联在直流侧。
4.如权利要求3所述的逆变电路，其特征在于，所述逆变电路还包括：滤波输出电感；
所述滤波输出电感，用于对所述交流电能进行滤波，并将滤波后的交流电能输出。
5.如权利要求4所述的逆变电路，其特征在于，所述滤波输出电感包括：两组从电感器和一组总电感器，所述从电感器分别对应于所述三相三电平逆变器；
各组从电感器的第一端与对应的三相三电平逆变器的输出端连接，各组从电感器的第二端与所述总电感器的第一端相连。
6.如权利要求4所述的逆变电路，其特征在于，所述电流检测电路与所述总电感器的第二端以及各组从电感器的第一端分别连接。
7.如权利要求3所述的逆变电路，其特征在于，各三相三电平逆变器分别包括多个桥臂，各桥臂分别包括四个绝缘栅双极型晶体管IGBT。
8.如权利要求7所述的逆变电路，其特征在于，所述三相三电平逆变器之间的对应桥臂并联连接，对应的桥臂之间的驱动信号的载波相位相反、且调制波相同。
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