[发明专利]三相共模电流与开关损耗协同抑制的逆变系统

说明书

本发明公开了一种三相共模电流与开关损耗协同抑制的逆变系统。所述系统包括直流供电系统，三相三电平ANPC逆变电路，三相限流电容，滤波电路，三相负载。直流供电系统提供直流电压，三相三电平ANPC逆变电路包括逆变主电路和两个相同的支撑电容，三相限流电容包括三个相同的限流电容。滤波电路包括两种不同电路结构并且拉回直流母线中点，三相负载包括三条交流母线。本发明所设计的一种三相共模电流与开关损耗协同抑制的逆变系统使用辅助电容电感数量少，占用体积小，能在高开关频率工作环境中，协同抑制三相共模电流与开关损耗。

技术领域

本发明涉及一种三相共模电流与开关损耗协同抑制的逆变系统，属于电力电子变流器领域。

背景技术

逆变系统中普遍存在对地共模寄生电容，共模寄生电容与地形成共模回路，易产生共模电流，对逆变性能产生影响。同时，在逆变系统中，较高的开关频率能很好地提高逆变效率但会显著增加开关损耗。这两点在非隔离型的光伏逆变器中尤为严重，不含有变压器的非隔离型光伏逆变器凭借效率高、体积小等优势获得了很大关注。但是由于缺少变压器隔离，光伏系统和大地之间存在共模回路，在共模回路中共模电压不断变化，引起共模回路中电容、电感充放电，形成共模电流，共模电流会引起并网电流畸变、电磁干扰等问题，还会造成潜在的人身安全隐患。同时，光伏逆变器的高开关频率使开关管的单位时间内开关次数更多，引起了开关损耗上升，较大的系统开关损耗会导致逆变系统效率下降，并且需要更多的散热设备来处理开关损耗所产生的发热，增大了系统体积。

因此，在高频条件下抑制逆变器的共模电流同时降低系统开关损耗已经成为研究的热点问题，这既有学术论文对此做了深入的理论分析，也有实际应用的工程方法，如发明申请专利《一种低开关损耗功率逆变器》(CN 109861573A)和《一种带共模电流抑制的光伏并网逆变器及其抑制方法》(CN 105932896A)。

中国发明专利申请公开书CN109861573A于2019年6月7日公开的《一种低开关损耗功率逆变器》引入主开关管、主二极管和由若干电容、电感、二极管组合设计而成的无损缓冲电路，基于主开关管和主二极管对逆变开关管的开断进行控制，使得在相同输出波形质量的情况下，逆变开关管的开关频率下降2/3，同时通过无损缓冲电路使主开关管和主二极管的开关损耗保持在极小状态，保证整个系统的开关损耗降低。但是该低开关损耗功率逆变器有如下不足:

1)无损缓冲电路需要根据不同开关频率和使用情况进行不同的设计，且无损缓冲电路使用器件多，结构复杂；

2)逆变器针对三相全桥两电平电路而言，难以直接运用至三电平电路；

3)没有考虑逆变器对地寄生电容所产生的共模电流对逆变性能产生的影响。

中国发明专利申请公开书CN105932896A于2016年5月31日公布的《一种带共模电流抑制的光伏并网逆变器及其抑制方法》引入了其独创的差共模电感L₁和差共模电感L₃的共模分量配合两组直流电压侧电容和一组交流电压侧电容，形成共模电流抑制回路，能将共模电流限制在标准值以下。但是，该带共模电流抑制的光伏并网逆变器存在如下不足：

1)该逆变器在满载时，电流较大，使差共模电感逐步产生饱和效应，产生较大电流纹波，影响逆变性能，且差共模电感内部含有气隙，占用空间较大。

2)该逆变器未考虑高开关频率下所带来的高开关损耗问题；

3)该逆变器针对单相逆变器设计，其设计难以直接运用至三相逆变器中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相共模电流与开关损耗协同抑制的逆变系统。针对目前逆变器的共模电流问题和在高开关频率工作环境下所产生的较大开关损耗问题，提出的一种基于三相三电平ANPC拓扑，能在高开关频率环境下效减小开关损耗并且协同抑制共模电流的逆变系统。