[发明专利]单级三相大升压比串联电压型准阻抗源逆变器

说明书

技术领域

本发明所涉及的一种单级三相大升压比串联电压型准阻抗源逆变器，属电力电子技术。

背景技术

逆变器是应用功率半导体器件将直流电变换成交流电的一种静止变流装置，供交流负载使用或与交流电网并网发电。

由于石油、煤和天然气等化石能源（不可再生能源）日益紧张、环境污染严重、全球变暖、核能生产会产生核废料和污染环境等原因，能源和环境已成为21世纪人类所面临的重大问题。太阳能、风能、氢能、潮汐能和地热能等可再生能源（绿色能源），具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点, 其开发和利用越来越受到人们的重视，这对世界各国经济的持续发展具有相当重要的意义。太阳能、风能、氢能、潮汐能、地热能等可再生能源转化的直流电能通常是不稳定的，需要采用逆变器将其变换成交流电能供给负载使用或与交流电网并网发电。在以直流发电机、蓄电池、太阳能电池、燃料电池、风力机等为主直流电源的变换场合，逆变器具有广泛的应用前景。

目前，中大容量逆变场合通常采用传统的三相电压型PWM逆变器电路结构。这类逆变器正常工作时必须满足直流侧电压大于交流侧线电压的峰值，故存在一个明显的缺陷：当直流侧电压（如光伏电池输出能力）降低时，如阴雨天或夜晚，整个发电系统将难以正常运行，系统的利用率下降。对此，常采用如下两种方法来解决：（1）前级加Boost型直流变换器或高频隔离型DC-DC变换器，增加了功率变换级数、电路复杂性、损耗和成本；（2）输出加三相工频变压器，大大增加了系统的体积、重量和成本，难以适应铜铁原材料价格急剧上涨的今天。

因此，寻求一种桥臂无须设死区时间、高可靠性、单级电路结构的新型三相大升压比串联电压型准阻抗源逆变器已迫在眉睫。这对于有效地克服传统PWM变换器存在的桥臂须设死区时间、升压比不够大（非隔离型）、系统的体积重量大和成本高（输出加三相工频变压器）等缺陷，提高变换系统的输出波形质量、可靠性和降低输入侧EMI，拓宽电力电子学逆变技术和可再生能源发电技术理论，推动新能源发电产业的发展以及发展节能型与节约型社会均具有重要的意义。

发明内容

本发明目的是要提供一种具有大升压比、单级功率变换、功率密度高、变换效率高、输出波形质量高、可靠性高、输入电压变化范围宽、成本低、适用于中大容量逆变场合等特点的单级三相大升压比串联电压型准阻抗源逆变器。

本发明的技术方案在于：一种单级三相大升压比串联电压型准阻抗源逆变器，是由输入直流电源、三相逆变桥、三相滤波器、三相交流负载或三相交流电网依序级联构成，并且在输入直流电源与三相逆变桥之间串联有大升压比阻抗网络；所述的大升压比阻抗网络是由储能电感L₀和依序级联的n个相同的SLCC型二端口阻抗网络单元级联构成，其中n为大于1的自然数；每个SLCC型二端口阻抗网络单元，是由一个功率二极管S_j、一个储能电感L_j、两个储能电容C_j和C_j′构成，功率二极管S_j的阴极与储能电感L_j的一端、储能电容C_j的正极性端相连接，储能电感L_j的另一端、功率二极管S_j的阳极分别与储能电容C_j′的正、负极性端相连接，储能电容C_j的负极性端与相邻的前级SLCC型二端口阻抗网络单元中同一位置的储能电容的正极性端相连接，功率二极管S_j与储能电容C_j′的连接端和储能电容C_j的负极性端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输入端口，储能电感L_j与储能电容C_j′的连接端和储能电容C_j的正极性端构成了第j个SLCC型二端口阻抗网络单元的输出端口，输入直流电源正极性与储能电容C₁负极性的连接端和功率二极管S₁与储能电容C₁′的连接端之间连接有储能电感L₀，储能电感L_n与储能电容C_n′的连接端和三相逆变桥的正母线端相连接，其中j为不大于n的自然数；所述的三相逆变桥是由六个承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关构成。