[实用新型]三相双向逆变式变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种基于宽禁带SiC(碳化硅)功率开关器件的三相双向逆变式变换器。

背景技术

随着新能源的应用，储能电池的应用变得越来越广泛。对储能系统来说，一方面外部交流电网需要通过变换器对储能电池适时地进行充电，另一方面，在需要的时候储能系统也可以对外部交流电网或者其他负载通过变换器释放交流电能。这里的变换器为双向逆变式变换器，具体可如图1所示。

双向逆变式变换器可以从直流变换成交流电源，同时也可以通过交流电源对直流储能系统充电。双向逆变式变换器的一种典型应用就是电动汽车充电系统，它能实现车辆(Vehicle)对车辆(Vehicle)，车辆(Vehicle)对电网(Electric Power)之间的电力能量的互动传递。这种双向逆变式变换器可以极大地利用电能效率，实现电动汽车与电网在能源成面的互联互通。双向逆变式变换器的另外一种应用是储能式光伏逆变系统，在晚上用电低谷电价低时，电网可以通过双向逆变式变换器对储能系统充电；在白天用电高峰时，光伏对电网供电，在供电不足条件下，储能系统可以通过双向逆变式变换器平衡电网，削峰填谷，有效地最大化利用能源。

在目前的逆变器电路中，采用硅(Si)基绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的三电平逆变器拓扑是一种最常见的电路，例如如图2所示的中点嵌位型(Neutral Point Clamp,NPC)三电平电路，或者如图3所示的T字型三电平电路。这些三电平逆变器主要存在以下缺点：

(1)电路拓扑结构复杂，由于采用三电平技术，电路设计(包括控制和驱动部分)较为复杂，特别是对于双向逆变式变换器来说，三电平控制策略将更加复杂；

(2)采用硅基IGBT，开关频率受到损耗的限制，一般频率在20千赫兹以内，输出滤波电感由于低频化的限制，尺寸较大，限制了功率密度的进一步提升；

(3)由于硅基IGBT损耗较大，特别是开关损耗较大，效率受到限制，目前典型的20千瓦逆变器最高效率局限在98.6％以下。

实用新型内容

为解决上述的技术问题，本申请的发明人经过不断试验和研究得出：

碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的典型代表，它具有宽带隙、高饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场等突出优势，特别适合制作大功率功率器件，而利用碳化硅(SiC)材料实现的功率半导体器件目前正带领电力电子应用领域实现一场“绿色新能源革命”。并且，SiC肖特基势垒二极管(SBD，Schottky Barrier Diode)已发展近十五年，已经广泛用在高效电力电子系统设计中。

目前基于碳化硅(SiC)金属氧化物场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)发展迅速，正逐步应用于新能源大功率变换应用领域。尤其是1200伏特碳化硅(SiC)MOSFET与传统的硅基IGBT相比具有极低开关和导通损耗、高可靠性、高耐压、高雪崩击穿能力等特点，为电力电子变换器系统的小型化、简洁化、轻型化、高效化带来可能。

为此，本实用新型的目的在于提出一种基于宽禁带SiC(碳化硅)功率开关器件的三相双向逆变式变换器，可实现高开关频率工作，从而可减小储能系统的体积和大小，提高功率密度，降低研发、生产和运输成本。