[发明专利]一种串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种新型串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器。

背景技术

近几年，随着能源市场和环境友好型能源需求的联合，使分布式发电系统得到了快速的发展。分布式发电单元包括可再生能源和不可再生能源，比如太阳能电池组，风能发电机，燃料发电机。对可再生能源的并网问题，电力电子技术起到了关键性的作用，特别是对于电压源型逆变器。目前，为了让逆变器控制系统的性能最优，控制更简便，围绕新的控制方式领域的研究越来越火热。

随着中高电压应用设备额定功率的不断提高，刺激了多电平电力电子变流器的使用，从而促使新拓扑结构以及相关的控制策略的发展。在大容量变换器中，相比于两电平逆变器，三电平二极管中点箝位(3L-NPC)逆变器以其输出电压更接近正弦波、电压变化率小、开关频率低、损耗小、效率高等特点，受到人们的广泛关注。介于介于NPC拓扑结构各个开关管开关频率不均衡，相关学着提出了三电平中点引出型(3L-NPP)逆变器，使各个开关管的开关频率均衡化，从而使得输出频率得到最大化。然而，对于三电平NPP逆变拓扑结构，上、下桥臂的支撑电压为中间桥臂支撑电压的两倍，需要的功率器件的功率也将是中间器件的两倍，大功率开关器件限制了逆变器的开关频率，同时增大了逆变器的功耗，给逆变器的整体设计带来了不便。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元及三电平逆变器，旨在解决三电平NPP逆变器存在功率器件开关频率及耐压不均衡问题。

本发明提供了一种新型串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元，该串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元包括：上桥臂，中桥臂和下桥臂；

所述上桥臂，采用两个反向并联二极管的IGBT串联构成，通过低压IGBT的串联来减小功率器件的损耗，同时提高逆变器整体开关频率，可减小输出滤波器的尺寸；

所述中桥臂，采用两个逆阻式IGBT(RB-IGBT)反并联构成，不仅减少了逆变器使用器件的数目，降低系统功耗，而且提高了逆变器的可靠性；

所述下桥臂，采用两个反向并联二极管的IGBT串联构成，通过低压IGBT的串联来减小功率器件的损耗，同时提高逆变器整体开关频率，可减小输出滤波器的尺寸。

上述的串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元，优先地，该串并联混合三电平NPP逆变拓扑单元对应的三个工作模态分别为：

第一工作模态：开关管Va1和Va2导通，其余开关管均截止；

第二工作模态：开关管Va3和Va4导通，其余开关管均截止；

第三工作模态：开关管Va5和Va6导通，其余开关管均截止。

本发明还提供了一种三电平逆变器，包括直流输入单元和一个如上述任意一种所述的拓扑单元，其中：

所述直流输入单元的直流正电平P与该逆变单元的第一直流输入端M1相连，所述直流输入单元的直流零电平0与该逆变单元的第二直流输入端M2相连，所述直流输入单元的直流负电平N与该逆变单元的第三直流输入端M3相连；

该逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的交流输出端相连。

本发明还提供了一种三电平逆变器一种三电平逆变器，包括直流输入单元和两个如上述任意一种所述的拓扑单元：第一拓扑单元和第二拓扑单元；

直流输入单元的直流正电平P与第一拓扑单元和第二拓扑单元的各第一直流输入端M1相连；

直流输入单元的直流零电平0与第一拓扑单元和第二拓扑单元的各第二直流输入端M2相连；

直流输入单元的直流负电平N与第一拓扑单元和第二拓扑单元的各第三直流输入端M3相连；

第一逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第一交流输出端相连，第二逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第二交流输出端相连。

本发明还提供了一种三电平逆变器一种三电平逆变器，包括直流输入单元和三个如上述任意一种所述的拓扑单元：第一拓扑单元、第二拓扑单元和第三拓扑单元；

直流输入单元的直流正电平P与第一拓扑单元、第二拓扑单元和第三拓扑单元的各第一直流输入端M1相连；

直流输入单元的直流零电平0与第一拓扑单元、第二拓扑单元和第三拓扑单元的各第二直流输入端M2相连；

直流输入单元的直流负电平N与第一拓扑单元、第二拓扑单元和第三拓扑单元的各第三直流输入端M3相连；

第一逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第一交流输出端相连，第二逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第二交流输出端相连，第三逆变单元的交流输出端AC与该逆变器的第三交流输出端相连。