CN110572062B - 三相三电平anpc消除共模电流逆变*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***。所述***包括直流电源，直流侧电路，三相三电平ANPC逆变电路，滤波电路，负载。直流电源包括直流电源对地共模寄生电容，直流侧电路包括一个共模电感，三相三电平ANPC逆变电路包括逆变主电路和两个相同的支撑电容，滤波电路包括三个相同的滤波电感，三个相同的滤波电容和一个拉回直流母线中点的电感，负载包括三条交流母线。本发明提供的逆变***，添加的辅助元器件成本低，占用体积小，可以在高频条件下，消除不确定的直流电源寄生电容参数的影响，实现有效的共模电流消除。

Description

三相三电平ANPC消除共模电流逆变***

技术领域

本发明涉及电力电子变流器领域，具体地说是一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***。

背景技术

在逆变***中，直流电源普遍存在对地共模寄生电容。不确定的对地共模寄生电容势必对逆变性能产生影响，这在光伏逆变中尤为严重。不含有变压器的非隔离光伏并网发电方式凭借自身变化效率高、体积小、重量轻和成本低的绝对优势，迅速得到各国科研人员的重视和工业界的关注，目前已经在部分欧洲国家得到应用。但是因为没有变压器作为隔离，光伏电池、光伏逆变器和电网通过光伏电池对地共模寄生电容形成了共模回路；在共模回路中共模电压不断变化，引起共模回路中电容、电感充放电，从而在共模回路中产生较大的共模电流。高频的共模电流会对周围设备造成严重的传导和辐射干扰、增加并网电流谐波以及***损耗，甚至危及设备和人身安全。

目前，高频条件下抑制逆变器的共模电流已经成为研究的热点问题，这既有学术论文对此做了深入的理论分析，也有实际应用的工程方法，如发明专利申请《一种用于光伏并网逆变器的共模电压抑制***》(CN 104638891A)和《光伏并网逆变器共模电流抑制电路》(CN 207098967U)。

中国发明专利申请公开说明书CN104638891A于2015年5月20日公开的《一种用于光伏并网逆变器的共模电压抑制***》，是在差模滤波电感和拉回母线中点电容回路上串入第二共模滤波电感，从而减小了第一共模滤波电感的滤波压力，使绝大部分的共模电压全部降在第二共模电感上，以此抑制强共模电压。但是，该共模电压抑制***存在以下不足：

1)当第二共模电感使用高磁导率磁芯时，该电感容易饱和；

2)没有考虑不确定的直流电源的对地共模寄生电容，即光伏阵列对地共模寄生电容对共模电流抑制的影响；

3)要在低频时获得良好的共模电流抑制效果，需要的第二共模电感参数值大，体积大。

中国发明专利申请公开说明书CN207098967U于2018年3月13日公开的《光伏并网逆变器共模电流抑制电路》，是将滤波电容C₅、C₆与直流母线电容C₁、C₂、C₃、C₄中点连接后，对抑制逆变电路中的共模电流取得了很好的效果。但是，该共模电流抑制电路存在以下不足：

1)该电路不适用于高频逆变电路；

2)该逆变电路是针对两电平电路而言，难以运用到三电平电路中；

3)没有考虑不确定的直流电源的对地共模寄生电容，即光伏阵列对地共模寄生电容对共模电流抑制的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题为针对现有技术中存在忽略不确定的直流电源的对地共模寄生电容对共模电流抑制的影响的不足，提供一种在实际工业应用中，能够在高频条件下，消除不确定的直流电源对地寄生电容影响的三相三电平ANPC消除共模电流逆变***。

为了达到上述目的，本发明提供了一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***，包括直流电源、直流侧电路、三相三电平ANPC逆变电路、滤波电路和负载；

所述三相三电平ANPC逆变电路包括两个相同的支撑电容、直流正母线P、直流负母线N、直流母线中点O和逆变主电路，其中，逆变主电路包括A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂，每相桥臂包括6个带反并联二极管的开关管，即逆变主电路共包括18个带反并联二极管的开关管；两个支撑电容分别记为支撑电容C₁和支撑电容C₂，18个带反并联二极管的开关管分别记为开关管S_ij，18个反并联二极管分别记为二极管D_ij，其中i表示三相，i＝a,b,c，j表示开关管和二极管的序号，j＝1,2,3,4,5,6；支撑电容C₁和支撑电容C₂串联后与逆变主电路并联，支撑电容C₁连接在直流正母线P与直流母线中点O之间，支撑电容C₂连接在直流母线中点O与直流负母线N之间，逆变主电路的A、B、C三相桥臂相互并联在直流正母线P和直流负母线N之间；在三相桥臂的每相桥臂中，开关管S_i1、开关管S_i2、开关管S_i3、开关管S_i4顺序串联，开关管S_i1的输入端接直流正母线P，开关管S_i1的输出端接开关管S_i2的输入端，开关管S_i2的输出端接开关管S_i3的输入端，开关管S_i3的输出端接开关管S_i4的输入端，开关管S_i4的输出端接直流负母线N,开关管S_i5的输入端接开关管S_i1的输出端，开关管S_i5的输出端接直流母线中点O,开关管S_i6的输入端接直流母线中点O，开关管S_i6的输出端接开关管S_i3的输出端；开关管S_a2和开关管S_a3的公共节点记为点a，开关管S_b2和开关管S_b3的公共节点记为点b，开关管S_c2和开关管S_c3的公共节点记为点c；

所述负载包括U相交流母线、V相交流母线和W相交流母线，其中，U相交流母线的端点记为点u，V相交流母线的端点记为点v，W相交流母线的端点记为点w；所述直流电源的直流电源对地共模寄生电容记为C₀；

所述直流侧电路包括一个共模电感L_cm，共模电感L_cm包括四个端子，分别记为端子1、端子2、端子3、端子4，其中，端子1和端子2所在侧是共模电感L_cm的同名端所在侧；

所述滤波电路包括以下两种拓扑结构：

第一种，所述滤波电路包括第一组三个相同的滤波电感、三个相同的滤波电容和一个拉回直流母线中点O的电感，三个滤波电感分别记为滤波电感L₁、滤波电感L₂和滤波电感L₃，三个滤波电容分别记为滤波电容C₃、滤波电容C₄和滤波电容C₅，拉回直流母线中点O的电感记为平衡电感L₀；滤波电感L₁的一端与点a连接，另一端与滤波电容C₅串联，滤波电感L₂的一端与点b连接，另一端与滤波电容C₄串联，滤波电感L₃的一端与点c连接，另一端与滤波电容C₃串联，滤波电感L₁和滤波电容C₅串联的公共节点记为点d，滤波电感L₂和滤波电容C₄串联的公共节点记为点e，滤波电感L₃和滤波电容C₃串联的公共节点记为点f，滤波电容C₅、滤波电容C₄、滤波电容C₃的另一端连接在一起并记为中性点Q，平衡电感L₀的一端连接中性点Q，另一端连接直流母线中点O，即平衡电感L₀连接在中性点Q和直流母线中点O之间；

第二种，所述滤波电路包括第一组三个相同的滤波电感、第二组三个相同的滤波电感、三个相同的滤波电容、一个拉回直流母线中点O的电感，第一组三个滤波电感分别记为滤波电感L₁、滤波电感L₂、滤波电感L₃，第二组三个滤波电感分别记为滤波电感L₄、滤波电感L₅、滤波电感L₆，三个滤波电容分别记为滤波电容C₃、滤波电容C₄、滤波电容C₅，拉回直流母线中点O的电感记为平衡电感L₀；滤波电感L₁的一端与点a连接，滤波电感L₁另一端既和滤波电容C₅串联，也和滤波电感L₄串联，滤波电感L₄的另一端记为点d，滤波电感L₂的一端与点b连接，滤波电感L₂另一端既和滤波电容C₄串联，也和滤波电感L₅串联，滤波电感L₅的另一端记为点e，滤波电感L₃的一端与点c连接，滤波电感L₃另一端既和滤波电容C₃串联，也和滤波电感L₆串联，滤波电感L₆的另一端记为点f，滤波电容C₅、滤波电容C₄、滤波电容C₃的另一端连接在一起并记为中性点Q，平衡电感L₀的一端连接中性点Q，另一端连接直流母线中点O，即平衡电感L₀连接在中性点Q和直流母线中点O之间；

所述共模电感L_cm并联在直流电源和三相三电平ANPC逆变电路之间，其中，共模电感L_cm的端子1与直流电源的正极连接，共模电感L_cm的端子2与直流电源的负极连接，共模电感L_cm的端子3连接直流正母线P，共模电感L_cm的端子4连接直流负母线N；

所述负载的U相交流母线的端点u连接滤波电路的点d，V相交流母线的端点v连接滤波电路的点e，W相交流母线的端点w连接滤波电路的点f。

优选地，所述共模电感L_cm的电感值由下式确定：

L_cm≥0.4L_cmstd

式中，

L_cmstd是共模电感L_cm的基准电感值；

f_cor是三相三电平ANPC消除共模电流逆变***的转折频率，取f_cor＝150kHz；

C_ph1是电容累加和1，C_ph1＝C_p1+C_p2，其中，C_p1是开关管S_a2的输出端、开关管S_b2的输出端、开关管S_c2的输出端、二极管D_a2的阳极、二极管D_b2的阳极、二极管D_c2的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p1，C_p2是开关管S_a3的输入端、开关管S_b3的输入端、开关管S_c3的输入端、二极管D_a3的阴极、二极管D_b3的阴极、二极管D_c3的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p2；

C_ph2是电容累加和2，C_ph2＝C_p3+C_p4+C_p5+C_p6+C_p7+C_p8+C_p9+C_p10+C_p11+C_p12，其中，C_p3是开关管S_a1的输入端、开关管S_b1的输入端、开关管S_c1的输入端、二极管D_a1的阴极、二极管D_b1的阴极、二极管D_c1的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p3；C_p4是开关管S_a1的输出端、开关管S_b1的输出端、开关管S_c1的输出端、二极管D_b1的阳极、二极管D_c1的阳极、二极管D_a1的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p4；C_p5是开关管S_a2的输入端、开关管S_b2的输入端、开关管S_c2的输入端、二极管D_a2的阴极、二极管D_b2的阴极、二极管D_c2的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p5；C_p6是开关管S_a5的输入端、开关管S_b5的输入端、开关管S_c5的输入端、二极管D_a5的阴极、二极管D_b5的阴极、二极管D_c5的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p6；C_p7是开关管S_a3的输出端、开关管S_b3的输出端、开关管S_c3的输出端、二极管D_a3的阳极、二极管D_b3的阳极、二极管D_c3的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p7；C_p8是开关管S_a4的输入端、开关管S_b4的输入端、开关管S_c4的输入端、二极管D_a4的阴极、二极管D_b4的阴极、二极管D_c4的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p8；C_p9是开关管S_a6的输出端、开关管S_b6的输出端、开关管S_c6的输出端、二极管D_a6的阳极、二极管D_b6的阳极、二极管D_c6的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p9；C_p10是开关管S_a4的输出端、开关管S_b4的输出端、开关管S_c4的输出端、二极管D_a4的阳极、二极管D_b4的阳极、二极管D_c4的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p10；C_p11是开关管S_a5的输出端、开关管S_b5的输出端、开关管S_c5的输出端、二极管D_a5的阳极、二极管D_b5的阳极、二极管D_c5的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p11；C_p12是开关管S_a6的输入端、开关管S_b6的输入端、开关管S_c6的输入端、二极管D_a6的阴极、二极管D_b6的阴极、二极管D_c6的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p12；

优选地，所述平衡电感L₀的电感值由下式确定：

L₀＝(0.7～1.3)L_0std

式中，

L_0std是平衡电感L₀的标准电感值，L₁是滤波电感L₁；

C_ph1是电容累加和1，C_ph1＝C_p1+C_p2，其中，C_p1是开关管S_a2的输出端、开关管S_b2的输出端、开关管S_c2的输出端、二极管D_a2的阳极、二极管D_b2的阳极、二极管D_c2的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p1，C_p2是开关管S_a3的输入端、开关管S_b3的输入端、开关管S_c3的输入端、二极管D_a3的阴极、二极管D_b3的阴极、二极管D_c3的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p2；

C_ph2是电容累加和2，C_ph2＝C_p3+C_p4+C_p5+C_p6+C_p7+C_p8+C_p9+C_p10+C_p11+C_p12，其中，C_p3是开关管S_a1的输入端、开关管S_b1的输入端、开关管S_c1的输入端、二极管D_a1的阴极、二极管D_b1的阴极、二极管D_c1的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p3；C_p4是开关管S_a1的输出端、开关管S_b1的输出端、开关管S_c1的输出端、二极管D_b1的阳极、二极管D_c1的阳极、二极管D_a1的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p4；C_p5是开关管S_a2的输入端、开关管S_b2的输入端、开关管S_c2的输入端、二极管D_a2的阴极、二极管D_b2的阴极、二极管D_c2的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p5；C_p6是开关管S_a5的输入端、开关管S_b5的输入端、开关管S_c5的输入端、二极管D_a5的阴极、二极管D_b5的阴极、二极管D_c5的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p6；C_p7是开关管S_a3的输出端、开关管S_b3的输出端、开关管S_c3的输出端、二极管D_a3的阳极、二极管D_b3的阳极、二极管D_c3的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p7；C_p8是开关管S_a4的输入端、开关管S_b4的输入端、开关管S_c4的输入端、二极管D_a4的阴极、二极管D_b4的阴极、二极管D_c4的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p8；C_p9是开关管S_a6的输出端、开关管S_b6的输出端、开关管S_c6的输出端、二极管D_a6的阳极、二极管D_b6的阳极、二极管D_c6的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p9；C_p10是开关管S_a4的输出端、开关管S_b4的输出端、开关管S_c4的输出端、二极管D_a4的阳极、二极管D_b4的阳极、二极管D_c4的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p10；C_p11是开关管S_a5的输出端、开关管S_b5的输出端、开关管S_c5的输出端、二极管D_a5的阳极、二极管D_b5的阳极、二极管D_c5的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p11；C_p12是开关管S_a6的输入端、开关管S_b6的输入端、开关管S_c6的输入端、二极管D_a6的阴极、二极管D_b6的阴极、二极管D_c6的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p12；

由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1)本发明提供的一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***增加的辅助电感数量少，结构简单；

2)本发明提供的共模电感L_cm的连接方式和参数选择依据，可以有效消除现有技术中忽略的不确定的直流电源对地共模寄生电容带来的对共模电流抑制的负面影响；

3)本发明的提供的电感L₀的连接方式和参数选择依据，可以在低成本和低体积占用的情况下，有效抑制共模电流。

附图说明

图1是采用本发明的一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***拓扑图；

图2是滤波电路(40)是情形1时，本发明的一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***拓扑图；

图3是滤波电感(40)是情形2时，本发明的一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***拓扑图；

图4是本发明的逆变主电路(31)的电路图；

图5是本发明的逆变主电路(31)的对地共模寄生电容分布图；

图6是滤波电路(40)是情形1时，没有共模电感L_cm和平衡电感L₀时的共模电流仿真图；

图7是滤波电路(40)是情形1时，C₀＝10nF，L_cm＝0.4mH，L₀＝6mH时共模电流仿真结果图；

图8是滤波电路(40)是情形1时，C₀＝100nF，L_cm＝0.4mH，L₀＝6mH时共模电流仿真结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1是本发明的一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***拓扑图、图4是本发明的逆变主电路31的电路图，由图1和图4可见，本发明的一种三相三电平ANPC消除共模电流逆变***包括直流电源10、直流侧电路20、三相三电平ANPC逆变电路30、滤波电路40和负载50。

所述三相三电平ANPC逆变电路30包括两个相同的支撑电容、直流正母线P、直流负母线N、直流母线中点O和逆变主电路31。图4是本发明的逆变主电路31的电路图，由图4可见，逆变主电路31包括A相桥臂311、B相桥臂312和C相桥臂313。每相桥臂包括6个带反并联二极管的开关管，即逆变主电路31共包括18个带反并联二极管的开关管。两个支撑电容分别记为支撑电容C₁和支撑电容C₂，18个带反并联二极管的开关管分别记为开关管S_ij，18个反并联二极管分别记为二极管D_ij，其中i表示三相，i＝a,b,c，j表示开关管和二极管的序号，j＝1,2,3,4,5,6。支撑电容C₁和支撑电容C₂串联后与逆变主电路31并联，支撑电容C₁连接在直流正母线P与直流母线中点O之间，支撑电容C₂连接在直流母线中点O与直流负母线N之间，逆变主电路31的A、B、C三相桥臂相互并联在直流正母线P和直流负母线N之间。在三相桥臂的每相桥臂中，开关管S_i1、开关管S_i2、开关管S_i3、开关管S_i4顺序串联，开关管S_i1的输入端接直流正母线P，开关管S_i1的输出端接开关管S_i2的输入端，开关管S_i2的输出端接开关管S_i3的输入端，开关管S_i3的输出端接开关管S_i4的输入端，开关管S_i4的输出端接直流负母线N,开关管S_i5的输入端接开关管S_i1的输出端，开关管S_i5的输出端接直流母线中点O,开关管S_i6的输入端接直流母线中点O，开关管S_i6的输出端接开关管S_i3的输出端。开关管S_a2和开关管S_a3的公共节点记为点a，开关管S_b2和开关管S_b3的公共节点记为点b，开关管S_c2和开关管S_c3的公共节点记为点c。

所述负载50包括U相交流母线51、V相交流母线52和W相交流母线53。其中，U相交流母线51的端点记为点u，V相交流母线52的端点记为点v，W相交流母线53的端点记为点w；所述直流电源10的直流电源对地共模寄生电容记为C₀。

所述直流侧电路20，包括一个共模电感L_cm，共模电感L_cm包括四个端子，分别记为端子1、端子2、端子3、端子4。其中，端子1和端子2所在侧是共模电感L_cm的同名端所在侧。

所述滤波电路40包括以下两种拓扑结构。

第一种见图2，包括第一组三个相同的滤波电感、三个相同的滤波电容、一个拉回直流母线中点O的电感。三个滤波电感分别记为滤波电感L₁、滤波电感L₂和滤波电感L₃，三个滤波电容分别记为滤波电容C₃、滤波电容C₄和滤波电容C₅，拉回直流母线中点O的电感记为平衡电感L₀。滤波电感L₁的一端与点a连接，另一端与滤波电容C₅串联，滤波电感L₂的一端与点b连接，另一端与滤波电容C₄串联，滤波电感L₃的一端与点c连接，另一端与滤波电容C₃串联。滤波电感L₁和滤波电容C₅串联的公共节点记为点d，滤波电感L₂和滤波电容C₄串联的公共节点记为点e，滤波电感L₃和滤波电容C₃串联的公共节点记为点f。滤波电容C₅、滤波电容C₄、滤波电容C₃的另一端连接在一起并记为中性点Q。平衡电感L₀的一端连接中性点Q，另一端连接直流母线中点O，即平衡电感L₀连接在中性点Q和直流母线中点O之间且平衡电感L₀同时与滤波电容C₃、滤波电容C₄、滤波电容C₅串联。

第二种见图3，包括第一组三个相同的滤波电感、第二组三个相同的滤波电感、三个相同的滤波电容、一个拉回直流母线中点O的电感。第一组三个滤波电感分别记为滤波电感L₁、滤波电感L₂、滤波电感L₃，第二组三个滤波电感分别记为滤波电感L₄、滤波电感L₅、滤波电感L₆，三个滤波电容分别记为滤波电容C₃、滤波电容C₄、滤波电容C₅，拉回直流母线中点O的电感记为平衡电感L₀。滤波电感L₁的一端与点a连接，滤波电感L₁另一端既和滤波电容C₅串联，也和滤波电感L₄串联，滤波电感L₄的另一端记为点d，滤波电感L₂的一端与点b连接，滤波电感L₂另一端既和滤波电容C₄串联，也和滤波电感L₅串联，滤波电感L₅的另一端记为点e，滤波电感L₃的一端与点c连接，滤波电感L₃另一端既和滤波电容C₃串联，也和滤波电感L₆串联，滤波电感L₆的另一端记为点f，滤波电容C₅、滤波电容C₄、滤波电容C₃的另一端连接在一起并记为中性点Q。平衡电感L₀的一端连接中性点Q，另一端连接直流母线中点O，即平衡电感L₀连接在中性点Q和直流母线中点O之间。

所述共模电感L_cm并联在直流电源10和三相三电平ANPC逆变电路30之间。其中，直流电源10的正极连接共模电感L_cm的端子1，直流电源10的负极连接共模电感L_cm的端子2，共模电感L_cm的端子3连接直流正母线P，共模电感L_cm的端子4连接直流负母线N。

所述负载的U相交流母线51的端点u连接滤波电路40的点d，V相交流母线52的端点v连接滤波电路40的点e，W相交流母线53的端点w连接滤波电路40的点f。

在本发明所述三相三电平ANPC消除共模电流逆变***中，所述共模电感L_cm的电感值由(1)式确定：

L_cm≥0.4L_cmstd (1)

(2)式中，

L_cmstd是共模电感L_cm的基准电感值；f_cor是三相三电平ANPC消除共模电流逆变***的转折频率，取f_cor＝150kHz；C_ph1是电容累加和1，C_ph2是电容累加和2。

在本发明所述三相三电平ANPC消除共模电流逆变***中，所述平衡电感L₀的电感值由(3)式确定：

L₀＝(0.7～1.3)L_0std (3)

(4)式中，L_0std是平衡电感L₀的标准电感值，L₁是滤波电感L₁，C_ph1是电容累加和1，C_ph2是电容累加和2。

在(2)式和(4)式中，电容累加和1C_ph1、电容累加和2C_ph2的公式如下：

C_ph1＝C_p1+C_p2

C_ph2＝C_p3+C_p4+C_p5+C_p6+C_p7+C_p8+C_p9+C_p10+C_p11+C_p12

其中：C_p1是开关管S_a2的输出端、开关管S_b2的输出端、开关管S_c2的输出端、二极管D_a2的阳极、二极管D_b2的阳极、二极管D_c2的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p1；C_p2是开关管S_a3的输入端、开关管S_b3的输入端、开关管S_c3的输入端、二极管D_a3的阴极、二极管D_b3的阴极、二极管D_c3的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p2；C_p3是开关管S_a1的输入端、开关管S_b1的输入端、开关管S_c1的输入端、二极管D_a1的阴极、二极管D_b1的阴极、二极管D_c1的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p3；C_p4是开关管S_a1的输出端、开关管S_b1的输出端、开关管S_c1的输出端、二极管D_a1的阳极、二极管D_b1的阳极、二极管D_c1的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p4；C_p5是开关管S_a2的输入端、开关管S_b2的输入端、开关管S_c2的输入端、二极管D_a2的阴极、二极管D_b2的阴极、二极管D_c2的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p5；C_p6是开关管S_a5的输入端、开关管S_b5的输入端、开关管S_c5的输入端、二极管D_a5的阴极、二极管D_b5的阴极、二极管D_c5的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p6；C_p7是开关管S_a3的输出端、开关管S_b3的输出端、开关管S_c3的输出端、二极管D_a3的阳极、二极管D_b3的阳极、二极管D_c3的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p7；C_p8是开关管S_a4的输入端、开关管S_b4的输入端、开关管S_c4的输入端、二极管D_a4的阴极、二极管D_b4的阴极、二极管D_c4的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p8；C_p9是开关管S_a6的输出端、开关管S_b6的输出端、开关管S_c6的输出端、二极管D_a6的阳极、二极管D_b6的阳极、二极管D_c6的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p9；C_p10是开关管S_a4的输出端、开关管S_b4的输出端、开关管S_c4的输出端、二极管D_a4的阳极、二极管D_b4的阳极、二极管D_c4的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p10；C_p11是开关管S_a5的输出端、开关管S_b5的输出端、开关管S_c5的输出端、二极管D_a5的阳极、二极管D_b5的阳极、二极管D_c5的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p11；C_p12是开关管S_a6的输入端、开关管S_b6的输入端、开关管S_c6的输入端、二极管D_a6的阴极、二极管D_b6的阴极、二极管D_c6的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p12。图5给出了本发明的逆变主电路31的对地共模寄生电容分布图。

为了验证本发明的有效性，进行了仿真验证。所用直流侧电压是300V，开关管S_ij的开关频率是40kHz，调制度是0.9，所用的滤波电路是情形1，其中滤波电感L₁、滤波电感L₂、滤波电感L₃的电感值都是90uH，滤波电容C₃、滤波电容C₄、滤波电容C₅的电容值都是10pF，电容累加和1C_ph1＝10500pF，电容累加和2C_ph2＝2100pF，根据(1)式和(3)式，取L_cm＝0.4mH，L₀＝6mH。首先得到图6所示，逆变***中没有加入共模电感L_cm和平衡电感L₀时的共模电流仿真图。针对不确定的直流电源对地共模寄生电容，仿真选择C₀＝10pF和C₀＝100pF进行验证。图7给出了当直流侧对地共模寄生电容的参数是C₀＝10pF时，加入共模电感L_cm和平衡电感L₀后，本发明的逆变***的共模电流仿真图。图8给出了当直流侧对地共模寄生电容的参数是C₀＝100pF时，加入共模电感L_cm和平衡电感L₀后，本发明的逆变***的共模电流仿真图。由图7和图8可见，本发明是能够在高频条件下，消除不确定的直流电源对地寄生电容影响的三相三电平ANPC消除共模电流逆变***。

Claims (2)

1.三相三电平ANPC消除共模电流逆变***，包括直流电源(10)、直流侧电路(20)、三相三电平ANPC逆变电路(30)、滤波电路(40)和负载(50)；

所述三相三电平ANPC逆变电路(30)包括两个相同的支撑电容、直流正母线P、直流负母线N、直流母线中点O和逆变主电路(31)，其中，逆变主电路(31)包括A相桥臂(311)、B相桥臂(312)和C相桥臂(313)，每相桥臂包括6个带反并联二极管的开关管，即逆变主电路(31)共包括18个带反并联二极管的开关管；两个支撑电容分别记为支撑电容C₁和支撑电容C₂，18个带反并联二极管的开关管分别记为开关管S_ij，18个反并联二极管分别记为二极管D_ij，其中i表示三相，i＝a,b,c，j表示开关管和二极管的序号，j＝1,2,3,4,5,6；支撑电容C₁和支撑电容C₂串联后与逆变主电路(31)并联，支撑电容C₁连接在直流正母线P与直流母线中点O之间，支撑电容C₂连接在直流母线中点O与直流负母线N之间，逆变主电路(31)的A、B、C三相桥臂相互并联在直流正母线P和直流负母线N之间；在三相桥臂的每相桥臂中，开关管S_i1、开关管S_i2、开关管S_i3、开关管S_i4顺序串联，开关管S_i1的输入端接直流正母线P，开关管S_i1的输出端接开关管S_i2的输入端，开关管S_i2的输出端接开关管S_i3的输入端，开关管S_i3的输出端接开关管S_i4的输入端，开关管S_i4的输出端接直流负母线N,开关管S_i5的输入端接开关管S_i1的输出端，开关管S_i5的输出端接直流母线中点O,开关管S_i6的输入端接直流母线中点O，开关管S_i6的输出端接开关管S_i3的输出端；开关管S_a2和开关管S_a3的公共节点记为点a，开关管S_b2和开关管S_b3的公共节点记为点b，开关管S_c2和开关管S_c3的公共节点记为点c；

所述负载(50)包括U相交流母线(51)、V相交流母线(52)和W相交流母线(53)，其中，U相交流母线(51)的端点记为点u，V相交流母线(52)的端点记为点v，W相交流母线(53)的端点记为点w；所述直流电源(10)的直流电源对地共模寄生电容记为C₀；

其特征在于，

所述直流侧电路(20)包括一个共模电感L_cm，共模电感L_cm包括四个端子，分别记为端子1、端子2、端子3、端子4，其中，端子1和端子2所在侧是共模电感L_cm的同名端所在侧；

所述滤波电路(40)包括以下两种拓扑结构：

第一种，所述滤波电路(40)包括第一组三个相同的滤波电感、三个相同的滤波电容和一个拉回直流母线中点O的电感，第一组三个滤波电感分别记为滤波电感L₁、滤波电感L₂和滤波电感L₃，三个滤波电容分别记为滤波电容C₃、滤波电容C₄和滤波电容C₅，拉回直流母线中点O的电感记为平衡电感L₀；滤波电感L₁的一端与点a连接，另一端与滤波电容C₅串联，滤波电感L₂的一端与点b连接，另一端与滤波电容C₄串联，滤波电感L₃的一端与点c连接，另一端与滤波电容C₃串联，滤波电感L₁和滤波电容C₅串联的公共节点记为点d，滤波电感L₂和滤波电容C₄串联的公共节点记为点e，滤波电感L₃和滤波电容C₃串联的公共节点记为点f，滤波电容C₅、滤波电容C₄、滤波电容C₃的另一端连接在一起并记为中性点Q，平衡电感L₀的一端连接中性点Q，另一端连接直流母线中点O，即平衡电感L₀连接在中性点Q和直流母线中点O之间；

第二种，所述滤波电路(40)包括第一组三个相同的滤波电感、第二组三个相同的滤波电感、三个相同的滤波电容、一个拉回直流母线中点O的电感，第一组三个滤波电感分别记为滤波电感L₁、滤波电感L₂、滤波电感L₃，第二组三个滤波电感分别记为滤波电感L₄、滤波电感L₅、滤波电感L₆，三个滤波电容分别记为滤波电容C₃、滤波电容C₄、滤波电容C₅，拉回直流母线中点O的电感记为平衡电感L₀；滤波电感L₁的一端与点a连接，滤波电感L₁另一端既和滤波电容C₅串联，也和滤波电感L₄串联，滤波电感L₄的另一端记为点d，滤波电感L₂的一端与点b连接，滤波电感L₂另一端既和滤波电容C₄串联，也和滤波电感L₅串联，滤波电感L₅的另一端记为点e，滤波电感L₃的一端与点c连接，滤波电感L₃另一端既和滤波电容C₃串联，也和滤波电感L₆串联，滤波电感L₆的另一端记为点f，滤波电容C₅、滤波电容C₄、滤波电容C₃的另一端连接在一起并记为中性点Q，平衡电感L₀的一端连接中性点Q，另一端连接直流母线中点O，即平衡电感L₀连接在中性点Q和直流母线中点O之间；

所述共模电感L_cm并联在直流电源(10)和三相三电平ANPC逆变电路(30)之间，其中，共模电感L_cm的端子1与直流电源(10)的正极连接，共模电感L_cm的端子2与直流电源(10)的负极连接，共模电感L_cm的端子3连接直流正母线P，共模电感L_cm的端子4连接直流负母线N；

所述负载(50)的U相交流母线(51)的端点u连接滤波电路(40)的点d，V相交流母线(52)的端点v连接滤波电路(40)的点e，W相交流母线(53)的端点w连接滤波电路(40)的点f；

所述共模电感L_cm的电感值由下式确定：

L_cm≥0.4L_cmstd

式中，

L_cmstd是共模电感L_cm的基准电感值；

f_cor是三相三电平ANPC消除共模电流逆变***的转折频率，取f_cor＝150kHz；

C_ph1是电容累加和1，C_ph1＝C_p1+C_p2，其中，C_p1是开关管S_a2的输出端、开关管S_b2的输出端、开关管S_c2的输出端、二极管D_a2的阳极、二极管D_b2的阳极、二极管D_c2的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p1，C_p2是开关管S_a3的输入端、开关管S_b3的输入端、开关管S_c3的输入端、二极管D_a3的阴极、二极管D_b3的阴极、二极管D_c3的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p2；

C_ph2是电容累加和2，C_ph2＝C_p3+C_p4+C_p5+C_p6+C_p7+C_p8+C_p9+C_p10+C_p11+C_p12，其中，C_p3是开关管S_a1的输入端、开关管S_b1的输入端、开关管S_c1的输入端、二极管D_a1的阴极、二极管D_b1的阴极、二极管D_c1的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p3；C_p4是开关管S_a1的输出端、开关管S_b1的输出端、开关管S_c1的输出端、二极管D_b1的阳极、二极管D_c1的阳极、二极管D_a1的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p4；C_p5是开关管S_a2的输入端、开关管S_b2的输入端、开关管S_c2的输入端、二极管D_a2的阴极、二极管D_b2的阴极、二极管D_c2的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p5；C_p6是开关管S_a5的输入端、开关管S_b5的输入端、开关管S_c5的输入端、二极管D_a5的阴极、二极管D_b5的阴极、二极管D_c5的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p6；C_p7是开关管S_a3的输出端、开关管S_b3的输出端、开关管S_c3的输出端、二极管D_a3的阳极、二极管D_b3的阳极、二极管D_c3的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p7；C_p8是开关管S_a4的输入端、开关管S_b4的输入端、开关管S_c4的输入端、二极管D_a4的阴极、二极管D_b4的阴极、二极管D_c4的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p8；C_p9是开关管S_a6的输出端、开关管S_b6的输出端、开关管S_c6的输出端、二极管D_a6的阳极、二极管D_b6的阳极、二极管D_c6的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p9；C_p10是开关管S_a4的输出端、开关管S_b4的输出端、开关管S_c4的输出端、二极管D_a4的阳极、二极管D_b4的阳极、二极管D_c4的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p10；C_p11是开关管S_a5的输出端、开关管S_b5的输出端、开关管S_c5的输出端、二极管D_a5的阳极、二极管D_b5的阳极、二极管D_c5的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p11；C_p12是开关管S_a6的输入端、开关管S_b6的输入端、开关管S_c6的输入端、二极管D_a6的阴极、二极管D_b6的阴极、二极管D_c6的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p12。

2.根据权利要求1所述的三相三电平ANPC消除共模电流逆变***，其特征在于，所述平衡电感L₀的电感值由下式确定：

L₀＝(0.7～1.3)L_0std

式中，

L_0std是平衡电感L₀的标准电感值，L₁是滤波电感L₁；

C_ph1是电容累加和1，C_ph1＝C_p1+C_p2，其中，C_p1是开关管S_a2的输出端、开关管S_b2的输出端、开关管S_c2的输出端、二极管D_a2的阳极、二极管D_b2的阳极、二极管D_c2的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p1，C_p2是开关管S_a3的输入端、开关管S_b3的输入端、开关管S_c3的输入端、二极管D_a3的阴极、二极管D_b3的阴极、二极管D_c3的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p2；

C_ph2是电容累加和2，C_ph2＝C_p3+C_p4+C_p5+C_p6+C_p7+C_p8+C_p9+C_p10+C_p11+C_p12，其中，C_p3是开关管S_a1的输入端、开关管S_b1的输入端、开关管S_c1的输入端、二极管D_a1的阴极、二极管D_b1的阴极、二极管D_c1的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p3；C_p4是开关管S_a1的输出端、开关管S_b1的输出端、开关管S_c1的输出端、二极管D_b1的阳极、二极管D_c1的阳极、二极管D_a1的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p4；C_p5是开关管S_a2的输入端、开关管S_b2的输入端、开关管S_c2的输入端、二极管D_a2的阴极、二极管D_b2的阴极、二极管D_c2的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p5；C_p6是开关管S_a5的输入端、开关管S_b5的输入端、开关管S_c5的输入端、二极管D_a5的阴极、二极管D_b5的阴极、二极管D_c5的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p6；C_p7是开关管S_a3的输出端、开关管S_b3的输出端、开关管S_c3的输出端、二极管D_a3的阳极、二极管D_b3的阳极、二极管D_c3的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p7；C_p8是开关管S_a4的输入端、开关管S_b4的输入端、开关管S_c4的输入端、二极管D_a4的阴极、二极管D_b4的阴极、二极管D_c4的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p8；C_p9是开关管S_a6的输出端、开关管S_b6的输出端、开关管S_c6的输出端、二极管D_a6的阳极、二极管D_b6的阳极、二极管D_c6的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p9；C_p10是开关管S_a4的输出端、开关管S_b4的输出端、开关管S_c4的输出端、二极管D_a4的阳极、二极管D_b4的阳极、二极管D_c4的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p10；C_p11是开关管S_a5的输出端、开关管S_b5的输出端、开关管S_c5的输出端、二极管D_a5的阳极、二极管D_b5的阳极、二极管D_c5的阳极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p11；C_p12是开关管S_a6的输入端、开关管S_b6的输入端、开关管S_c6的输入端、二极管D_a6的阴极、二极管D_b6的阴极、二极管D_c6的阴极对地共模寄生电容之和，记为寄生电容C_p12。

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