[发明专利]二极管钳位式五电平光伏逆变器及采用它的供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电用逆变器，尤其涉及一种二极管钳位式五电平光伏逆变器及采用它的供电系统。

背景技术

随着能源和环境问题的日益严重，太阳能、风能等可再生能源发电增长迅速，对大容量功率变换装置的要求也日益增加，其核心部件为大功率逆变器。由于器件可承受电压和电流能力的限制，传统两电平逆变器难以直接实现高压大功率化；同时在高压应用中，两电平逆变器输出电压的dv/dt很大，会导致绝缘问题和严重的电磁干扰。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种二极管钳位式五电平光伏逆变器及采用它的供电系统，它在保留多电平逆变器高效率和高电压利用率优点的基础上，解决其电压应力高的问题，并提供动态电压共享、静态电压均衡等问题的解决方案。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二极管钳位式五电平光伏逆变器，它包括逆变主电路和逆变控制器，逆变主电路的开关器件控制信号由逆变控制器提供；所述逆变主电路包括直流母线与三个结构完全相同的桥臂，各桥臂的直流输入端接直流输入，各桥臂的交流输出端与电网连接，其中：

直流母线由四个电容C₁、C₂、C₃和C₄串联而成，即第一电容C₁的正极与直流母线的正极连接，负极与第二电容C₂的正极连接；第二电容C₂的负极与第三电容C₃的正极连接；第三电容C₃的负极与第四电容C₄的正极连接；第四电容C₄的负极与直流母线的负极连接。提供五个不同的电平。

三条桥臂结构相同，每条桥臂包含8个功率开关管(可为绝缘栅双极型晶体管IGBT或大功率晶体管GTR)、8个功率二极管、12个钳位二极管，构成两组串联的开关电路和三组钳位电路。以第一桥臂为例：

第一开关电路包含4个功率开关管和4个功率二极管，连接如下：

功率开关管之间连接：

第一功率开关管S₁的集电极与直流母线的正极连接；

第一功率开关管S₁的发射极与第二功率开关管S₂的集电极连接；

第二功率开关管S₂的发射极与第三功率开关管S₃的集电极连接；

第三功率开关管S₃的发射极与第四功率开关管S₄的集电极连接；

第四功率开关管S₄的发射极与第五功率开关管S₁’的集电极连接；

功率开关管与功率二极管连接：

第一功率开关管S₁与第一功率二极管D₁₁并联(S₁的集电极与D₁₁的阴极连接，S₁的发射极与D₁₁的阳极连接)；

第二功率开关管S₂与第二功率二极管D₁₂并联；

第三功率开关管S₃与第三功率二极管D₁₃并联；

第四功率开关管S₄与第四功率二极管D₁₄并联；

第一开关电路包含4个功率开关管和4个功率二极管，连接如下：

第五功率开关管S₁’的发射极与第六功率开关管S₂’的集电极连接；

第六功率开关管S₂’的发射极与第七功率开关管S₃’的集电极连接；

第七功率开关管S₃’的发射极与第八功率开关管S₄’的集电极连接；

第八功率开关管S₄’的发射极与直流母线的负极连接。

功率开关管与功率二极管连接：

第五功率开关管S₁’与第五功率二极管D₂₁并联；

第六功率开关管S₂’与第六功率二极管D₂₂并联；

第七功率开关管S₃’与第七功率二极管D₂₃并联；