[发明专利]一种基于A-NPC拓扑的三电平储能变流器的制作方法

说明书

本发明公开了一种基于A‑NPC拓扑的三电平储能变流器的制作方法，属于新能源与储能技术领域。本发明方法具体包括：确定主电路的电路结构、确定控制系统硬件结构和确定控制系统软件策略。本发明基于逆阻型IGBT中点钳位三电平拓扑构建储能变流器系统，可实现并网运行工况下平滑的电压电流输出，具备转换效率高、功率因数高、电流谐波小等特点。用于分布式储能系统和集中式储能系统，可降低滤波电路电感设计值，从而减小系统整体尺寸以提升功率密度，便于储能系统小型化及模块化设计；另外变流器系统功率的提升可增加储能系统能量利用率，从而减少储能载体的投入成本，具有节能减排的社会效益和经济效益。

技术领域

本发明涉及新能源与储能技术领域，并且更具体地涉及一种基于A-NPC拓扑的三电平储能变流器的制作方法。

背景技术

分布式储能装置在用户侧的推广及使用，满足了用户能量自由支配、节约电费支出及紧急电力供应等需求，同时也对储能装置提出了高效率、轻量化、小型化等要求。相较于传统两电平变流器，三电平变流器具备输出电压电流波形畸变小、器件开关损耗小、直流电流纹波小等优点，利于减小滤波电路体积、提升系统效率，被越来越多的应用到分布式新能源发电及储能领域。

目前使用较多的三电平变流器拓扑包括Ⅰ型拓扑和T型拓扑，其中Ⅰ型三电平拓扑即二极管钳位型三电平拓扑(Three-level Neutral Point Clamped Converter，NPC)存在功率管损耗不均的现象，存在主电路散热设计及大功率集成困难等问题，而T型三电平拓扑(T-type Three-level Neutral Point Clamped Converter，T-NPC)用可控的开关器件代替钳位二极管，通过提供可选的换流通道实现损耗均衡，可显著提升变流器功率等级。在此基础上，日本富士电机推出新型T型三电平拓扑(Advanced T-type Three-level NeutralPoint Clamped Converter，A-NPC)即逆阻型NPC三电平拓扑，该拓扑采用如图1所示，两个逆阻型IGBT(Reverse Blocking IGBT，RB-IGBT)反并联实现中点钳位，较T-NPC拓扑每相桥臂少两个钳位二极管，进一步减小了器件导通损耗、开关损耗和电抗器损耗，具备较高的工程应用价值。

发明内容

发明目的在于研发一种变流器减小变流器的开关损耗、导通损耗和电抗器损耗，提升变流器效率；减小滤波电感设计量，从而减小系统体积和重量，提升变流器的功率密度；降低变流器的制作成本，提升储能系统性价比，提出了一种基于A-NPC拓扑的三电平储能变流器的制作方法，本发明方法包括：

确定主电路的电路结构；

所述主电路的电路结构包括：隔离变压器、LCL滤波电路、A-NPC三电平模块和直流滤波电容；所述LCL滤波电路包括滤波电感L1、滤波电感L2和滤波电容C0，所述隔离变压器与滤波电感L1相连，滤波电感L2与A-NPC三电平模块交流侧相连，A-NPC三电平模块直流侧与直流滤波电容相连；

确定控制系统硬件结构；

所述控制系统硬件电路基于DSP和FPGA架构，包括DSP主控制器、FPGA辅助控制器、光电转换及驱动电路；DSP主控制器通过电压电流采样及光耦隔离电路与主电路相连，DSP主控制器与FPGA辅助控制器通过地址总线和数据总线相连，FPGA辅助控制器通过电信号线与光电转换及驱动电路相连，光电转换及驱动电路通过光纤与主电路相连；

确定控制系统软件策略；

所述控制系统软件策略包括基于DSP主控制器的有源整流控制策略和基于FPGA的正弦脉宽调制策略；

所述基于DSP主控制器的有源整流控制策略采用直接电流控制方式对变流器双向并网控制，根据三相平衡系统瞬时无功电压为零理论构建软件锁相环；