[发明专利]双三电平在线拓扑可切换型逆变器

说明书

技术领域

本发明属于电能变换领域。

背景技术

当今世界的能源紧缺、环境日益恶化等问题已经受到广泛关注。具有清洁、零污染特性的光伏发电技术为解决能源问题提供了新的发展方向。由于光伏发电电源受到太阳光的影响，其输出电压呈现波动性较大的特点，难以直接应用于并网发电或者恒压交流电源等领域。为解决上述问题，基于DC-DC-AC的两级式变换结构、单级式的Z源逆变器结构以及多电平功率变换结构均在光伏发电系统中有所应用。DC-DC-AC的两级结构主要由光伏电池，DC-DC变换器和DC-AC逆变器组成。其中DC-DC变换器负责直流母线电压恒定控制，以使得直流母线电压保持恒定，减小对交流侧输出电压的影响，另外使系统能够始终满足交流逆变所需的电压约束条件。这种两级结构，一方面可以得到稳定的直流电压、拓宽发电范围，另一方面易于实现最大发电功率点跟踪控制。但是这种结构的发电范围受限于直流逆变器的升压比，而且难以大功率化。另外两级式结构的损耗较大，导致系统整体效率降低。

单级结构的Z源逆变器能够同时实现直流电压的升压控制和DC-AC逆变控制。Z源逆变器系统里，主要通过由两个电容和两个电感构成的Z源网络，再经过逆变器，将能量输入电网。这种Z源结构允许逆变器工作在直通或断路状态，从而实现升降压，增加了逆变电路工作的安全性，而且单级结构减少了一个开关器件，简化了控制、驱动电路。但是，Z源逆变器直流侧电压受Z源变换器电感和负载的影响较大，当负载较小或电感值较低时，直流母线电压会产生跌落，对交流输出电压造成影响。

近年来，多电平逆变技术在光伏发电领域的应用逐渐受到关注。多电平逆变技术由于其等效开关频率高，因此采用较小的滤波器就能够获得较高的电能质量，并可以降低滤波器的高频损耗。利用级联型多电平逆变器能够将发电源的输出电压进行叠加的特性，可以提高逆变器输出电压等级，易于实现在较小发电功率时的运行，由此拓宽光伏发电源的发电功率下限。但是在发电功率较大时，直流电压升高，滤波器损耗随之增加，同样降低了系统效率。多电平逆变技术用于光伏发电系统的共性不利因素是，由于功率器件多，开关损耗大，与两电平逆变器相比，其效率降低明显。

发明内容

本发明是为了解决现有逆变器结构复杂、开关损耗大，导致逆变器工作效率低的问题，现提供双三电平在线拓扑可切换型逆变器。

双三电平在线拓扑可切换型逆变器，它包括：第一三电平逆变器、第二三电平逆变器和双向开关；

所述第一三电平逆变器包括：第一直流电源、第一直流电容、第二直流电容、第一辅助开关、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关；

第一直流电源的正极同时连接第一直流电容的一端、第一功率开关的功率输入端和第三功率开关的功率输入端，第一直流电源的负极同时连接第二直流电容的一端、第二功率开关的功率输出端和第四功率开关的功率输出端，第一直流电容的另一端同时连接第二直流电容的另一端和第一辅助开关的功率输入端，第一辅助开关的功率输出端和第一功率开关的功率输出端同时连接第二功率开关的功率输入端，第三功率开关的功率输出端连接第四功率开关的功率输入端，第二直流电容的一端、第二功率开关的功率输出端和第四功率开关的功率输出端同时作为第一三电平逆变器的第一输出端，第一功率开关的功率输出端和第一辅助开关的功率输出端同时作为双三电平在线拓扑可切换型逆变器的第一输出端，第三功率开关的功率输出端作为第一三电平逆变器的第二输出端；

所述第二三电平逆变器包括：第二直流电源、第三直流电容、第四直流电容、第二辅助开关、第五功率开关、第六功率开关、第七功率开关和第八功率开关；

第二直流电源的正极同时连接第三直流电容的一端、第五功率开关的功率输入端和第七功率开关的功率输入端，第二直流电源的负极同时连接第四直流电容的一端、第六功率开关的功率输出端和第八功率开关的功率输出端，第三直流电容的另一端同时连接第四直流电容的另一端和第二辅助开关的功率输入端，第二辅助开关的功率输出端和第五功率开关的功率输出端同时连接第六功率开关的功率输入端，第七功率开关的功率输出端连接第八功率开关的功率输入端，第二直流电源的负极作为第二三电平逆变器的第一输入端，第六功率开关的功率输入端作为第二三电平逆变器的第二输入端，第七功率开关的功率输出端作为双三电平在线拓扑可切换型逆变器的第二输出端；

第一三电平逆变器的第一输出端连接双向开关的功率输入端，双向开关的功率输出端连接第二三电平逆变器的第一输入端，第一三电平逆变器的第二输出端连接第二三电平逆变器的第二输入端。