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1、(10)申请公布号 CN 101951186 A(43)申请公布日 2011.01.19CN101951186A*CN101951186A*(21)申请号 201010295396.9(22)申请日 2010.09.27H02M 7/5387(2007.01)H02J 3/38(2006.01)H02M 1/44(2007.01)(71)申请人浙江大学地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号(72)发明人徐德鸿 李睿 马智远(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司 33200代理人韩介梅(54) 发明名称附加续流通路的软开关三相并网逆变器(57) 摘要本发明公开的附加续流通路的
2、软开关三相并网逆变器，包括逆变器直流侧供电电源，由六个有反并联二极管的全控主开关构成的三相桥臂，分别接在各相桥臂中点与交流电网之间的输出滤波电感，在三相桥臂上并联一个具有反并联二极管的全控开关，该全控开关和三相桥臂的六个主开关分别并联电容，在逆变器直流侧供电电源和三相桥臂的直流母线之间接入具有反并联二极管的辅助开关与箝位电容的串联支路，并在串联支路两端跨接谐振电感Lr，辅助开关并联电容。本发明结构简单，能抑制二极管的反向恢复，减少电磁干扰。逆变器所有开关器件实现零电压开通，开关损耗小，电路效率高，该逆变器能够实现对输出并网电流功率因数和谐波的控制，可用于各种电源中并网逆变装置。(51)Int.
3、Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 9 页CN 101951190 A 1/1页21.附加续流通路的软开关三相并网逆变器，包括逆变器直流侧供电电源Vdc，由六个有反并联二极管的全控主开关S1、S2、S3、S4、S5和S6构成的三相桥臂，分别接在各相桥臂中点与交流电网之间的输出滤波电感La、Lb和Lc，其特征是在三相桥臂上并联一个具有反并联二极管的全控开关S8，全控开关S8并联电容C8，三相桥臂的六个主开关S1、S2、S3、S4、S5和S6分别并联电容C1、C2、C3、C4、C5和C6，在逆变器直流侧供电电源Vdc和三相桥臂的直
4、流母线之间接入具有反并联二极管的辅助开关S7与箝位电容Cc的串联支路，并在串联支路两端跨接谐振电感Lr，辅助开关S7并联电容C7。权 利 要 求 书CN 101951186 ACN 101951190 A 1/7页3附加续流通路的软开关三相并网逆变器技术领域0001 本发明涉及逆变器，尤其是附加续流通路的软开关三相并网逆变器。背景技术0002 具有并网发电运行功能的三相逆变器，其电路如图1所示，它包括由六个有反并联二极管的全控主开关S1S6构成的三相桥臂，分别接在各相桥臂中点与交流电网之间的输出滤波电感LaLc。这种三相逆变器能够实现并网发电功能，但电路工作在硬开关状态，存在着二极管的反向恢复
5、问题，器件开关损耗大，限制了工作频率的提高，降低了电路效率并且存在较大的电磁干扰。发明内容0003 本发明的目的是提供一种可以抑制二极管的反向恢复电流，减小开关损耗，提高电路效率，减少电磁干扰并实现开关管零电压开通的附加续流通路的软开关三相并网逆变器。0004 本发明的附加续流通路的软开关三相并网逆变器，包括逆变器直流侧供电电源Vdc，由六个有反并联二极管的全控主开关S1、S2、S3、S4、S5和S6构成的三相桥臂，分别接在各相桥臂中点与交流电网之间的输出滤波电感La、Lb和Ic，在三相桥臂上并联一个具有反并联二极管的全控开关S8，全控开关S8并联电容C8，三相桥臂的六个主开关S1、S2、S3
6、、S4、S5和S6分别并联电容C1、C2、C3、C4、C5和C6，在逆变器直流侧供电电源Vdc和三相桥臂的直流母线之间接入具有反并联二极管的辅助开关S7与箝位电容Cc的串联支路，并在串联支路两端跨接谐振电感Lr，辅助开关S7并联电容C7。0005 本发明的附加续流通路的软开关三相并网逆变器结构简单，逆变器中全控开关的反并联二极管的反向恢复得到抑制，减少了电磁干扰。电路中所有功率开关器件实现零电压开通，从而减小开关损耗，提高电路效率，有利于提高工作频率，进而提高功率密度。该逆变器的电路能够实现对输出并网电流功率因数和谐波的控制，可用于各种电源中并网逆变装置。附图说明0006 图1是现有的三相并网
7、逆变器；0007 图2是本发明的一种具体电路图；0008 图3是本发明的第二种具体电路图；0009 图4是本发明的第三种具体电路图；0010 图5是本发明的第四种具体电路图；0011 图6是本发明的第五种具体电路图；0012 图7是本发明的第六种具体电路图；0013 图8是本发明的第七种具体电路图；说 明 书CN 101951186 ACN 101951190 A 2/7页40014 图9是本发明的第八种具体电路图；0015 图10是一个工频周期内12个工作扇区的电网电压和电流划分示意图；0016 图11是一个工频周期内12个工作扇区的电网电压空间矢量图；0017 图12是本发明在扇区2中开关
8、的脉冲控制时序图；0018 图13是本发明电路工作时的主要电压和电流波形。0019 图14是谐振电感电流概念图0020 图15是本发明简化电路在扇区2中开关的脉冲控制时序图；0021 图16是本发明的简化电路工作时的主要电压和电流波形。具体实施方式0022 参照图2，本发明的附加续流通路的软开关三相并网逆变器，包括逆变器直流侧供电电源Vdc，由六个有反并联二极管的全控主开关S1、S2、S3、S4、S5和S6构成的三相桥臂，分别接在各相桥臂中点与交流电网之间的输出滤波电感La、Lb和Lc，在三相桥臂上并联一个具有反并联二极管的全控开关S8，全控开关S8并联电容C8，三相桥臂的六个主开关S1、S2
9、、S3、S4、S5和S6分别并联电容C1、C2、C3、C4、C5和C6，在逆变器直流侧供电电源Vdc和三相桥臂的直流母线之间接入具有反并联二极管的辅助开关S7与箝位电容Cc的串联支路，并在串联支路两端跨接谐振电感Lr，辅助开关S7并联电容C7。0023 图2所示具体实例中，续流用全控开关S8集电极与三相桥臂正母线相联，发射极与三相桥臂负母线相联，辅助开关S7集电极与箝位电容Cc一端相联，发射极与三相桥臂正母线相联，箝位电容Cc另一端与逆变器直流电源正端相联，谐振电感Lr跨接在三相桥臂正母线和逆变器直流电源正端之间。0024 图3所示实例中，续流用全控开关S8集电极与三相桥臂正母线相联，发射极与
10、三相桥臂负母线相联，辅助开关S7集电极与逆变器直流电源正端相联，发射极与箝位电容Cc一端相联，箝位电容Cc另一端与三相桥臂正母线相联，谐振电感Lr跨接在三相桥臂正母线和逆变器直流电源正端之间。0025 图4所示实例中，续流用全控开关S8集电极与三相桥臂正母线相联，发射极与三相桥臂负母线相联，辅助开关S7集电极与逆变器直流电源负端相联，发射极与箝位电容Cc一端相联，箝位电容Cc另一端与三相桥臂负母线相联，谐振电感Lr跨接在三相桥臂负母线和逆变器直流电源负端之间。0026 图5所示实例中，续流用全控开关S8集电极与三相桥臂正母线相联，发射极与三相桥臂负母线相联，辅助开关S7集电极与逆变器直流电源负
11、端相联，发射极与箝位电容Cc一端相联，箝位电容Cc另一端与三相桥臂负母线相联，谐振电感Lr跨接在三相桥臂负母线和逆变器直流电源负端之间。0027 图69所示具体实例是图25所示具体实例的简化和变形，将图25所示具体实例中的续流用全控开关S8分别省略。0028 附加续流通路的软开关三相并网逆变器采用空间矢量控制。在一个电网电压工频周期内，逆变器的控制可以分为12个扇区，电网电压和电流扇区划分如图10所示。图10中A相电网电压usa余弦波在0到30为电压扇区2，A相电网电压usa余弦波在30到60为电压扇区3，依此类推，A相电网电压usa余弦波在300到330为电压扇区12，A相说 明 书CN 1
12、01951186 ACN 101951190 A 3/7页5并网电流ia余弦波在0到30为电流扇区2，A相并网电流ia余弦波在30到60为电流扇区3，依此类推，A相并网电流ia余弦波在300到330为电流扇区12。图11所示为电网电压空间矢量图，图中到表示逆变器开关矢量，开关矢量表示逆变器主开关S2、S4、S6导通、逆变器主开关S1、S3、S5截止，开关矢量表示逆变器主开关S1、S2、S6导通、逆变器主开关S3、S4、S5截止，依此类推，开关矢量表示逆变器主开关S1、S3、S5导通、逆变器主开关S2、S4、S6截止。逆变器开关矢量和表示零矢量，逆变器开关矢量和表示非零矢量。逆变器并网电流在不同
13、的电网电压扇区时的开关脉冲控制时序如表1所示，表1表示对应不同电网电压扇区和并网电流扇区时，逆变器主开关矢量切换顺序。0029 表10030 说 明 书CN 101951186 ACN 101951190 A 4/7页60031 0032 附加续流通路的软开关三相并网逆变器采用特殊的空间矢量调制策略，每一个电网电压工频周期分为12个空间矢量扇区，在每个子扇区中确保一相交流并网电流绝对值保持最大。流过电流绝对值最大相的桥臂开关不换流，如果输出滤波电感电流绝对值最大相方向为正，则零矢量为如果电流绝对值最大相方向为负，则零矢量为空间矢量的切换顺序确保在逆变器并网瞬时输出电流绝对值较小两相的开关换流中
14、存在二极管反向恢复的两次换流在时间上对齐，则辅助电路只需要创造一次母线电压谐振到零的机会，就能够实现两个开关的零电压开通。在逆变器并网电流功率因数角正负30之间时，逆变器零电压开通均可实现。逆变器中的六个主开关S1S6和辅助开关S7由固定开关频率的空间矢量PWM控制器所控制，辅助开关S7开关频率与全控主开关S1S6的开关频率相同，辅助开关S7只在逆变器主开关S1S6从零矢量切换到非零矢量的短暂时段内关断。为了使谐振电感具有足够能量以保证主开关零电压开通顺利实现，在辅助开关S7关断的短暂时间段内，需要开通续流用全控开关S8，以使谐振电感电流足够大。0033 对于附加续流通路的软开关三相并网逆变器
15、，在并网电流一个工频周期的12个扇区中，逆变器控制是类似的，这里就以图2所示的附加续流通路的软开关三相并网逆变器在并网电流扇区2中的一个开关周期为例进行分析，如果逆变器并网电流功率因数角为0，电网电压和对应相并网电流无相角差，逆变器在扇区2中开关的脉冲控制时序如图12所示。在一个开关工作周期内，逆变器共有10个工作状态。工作时的主要电压和电流波形说 明 书CN 101951186 ACN 101951190 A 5/7页7如图13所示。0034 阶段1(t0-t1)：0035 主开关S1，S3，S5和辅助开关S7处于导通状态。由谐振电感Lr，箝位电容Cc和辅助开关S7组成的谐振回路中，谐振电感
16、Lr的电流在线性增加。0036 阶段2(t1-t2)：0037 t1时刻，辅助开关S7关断，谐振电感Lr给主开关S2，S4，S6，续流用全控开关S8的并联电容C2，C4，C6，C8放电，给辅助开关S7的并联电容C7充电，S7零电压关断。到t2时刻，三个主开关S2，S4，S6，续流用全控开关S8的并联电容C2，C4，C6，C8电压谐振到零，主开关S2，S4，S6，续流用全控开关S8的反并联二极管开始导通，谐振电感Lr电压被箝位为逆变器直流电源电压Vdc。0038 阶段3(t2-t3)：0039 t2时刻，主开关S3，S5驱动信号关断，S3、S5的反并联二极管仍然处于导通状态。谐振电感Lr端电压被箝位为逆变器直流电源电压，谐振电感Lr电流线性减小，主开关S2，S4，S6，续流用全控开关S8的反并二极管电
