CN103066877B - 一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明具体公开了一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器，包括直流输入电路、高频逆变器、双二次侧绕组的高频隔离变压器、磁放大器整流电路、直流滤波器、三相桥式逆变器和交流滤波器，所述的直流输入电路与高频逆变器相连，逆变电压通过双二次侧绕组的高频隔离变压器变压，变压后的两个电压输出端分别与磁放大器整流电路的输入端相连，每个磁放大器整流电路的输出端与直流滤波器相连，所述的直流滤波器与三相桥式逆变器相连，所述的三相桥式逆变器与交流滤波器相连，所述的两个直流滤波器的电容相连，两个电容的连接点与交流滤波器的N点相连。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器。
背景技术
DC-DC变换器作为主要器件广泛应用于高频链结构的光伏逆变系统中，实现了最大功率跟踪和升压变换。变换器采用高频隔离变压器与逆变侧实现能量传输，同时双二次侧整流器串联的供电方案满足了三相桥式逆变器直流侧高电压需求，每一路整流都能够为其输出电容提供能量，然而逆变器三相负载严重不平衡时，零线电流较大，工频半波时间内对串联的两个整流系统的功率需求不同，不加大电容量无法保证中点电位平衡。
高频磁放大技术在稳定开关电源多路输出场合应用较多，且具有低成本、高效率、高可靠性等特点。这些特点亦符合光伏发电系统的要求，因此，这种应用磁放大技术的高频链变换器特别适用于新能源发电、蓄电储能电站，超级电容系统及电动汽车等具备升压环节、追求高效可靠特点的应用。
世界能源日趋危机，节能降耗越来越受到世界各国的重视。太阳能、风能等清洁可再生能源利用规模越来越大，微电网和智能电网需求也异常迅猛。为满足新能源微电网能够在并网和孤岛两种场合下安全运行，通常需要电气隔离型的功率变换器。在实际三相电力系统中，负载三相通常是不平衡的。如何保证不对称负载情况下的电压三相对称平衡，已得到了普遍的关注。然而，三相桥式变换器结构存在着固有的难题：本身由于只有两个自由度，无法为零序分量提供通路。到目前为止，国内外学者针对不平衡负载情况下的电压三相平衡平衡问题，提出了多种方法：分裂电容法、带中点抽头工频变压器法、单相逆变器组合法、三相四桥臂逆变器。
发明内容
为解决现有技术存在的缺点，本发明提供了一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器。
本发明采用的技术方案如下：
一种抗三相负载不平衡的新型逆变器，包括直流输入电路、高频逆变器、双二次侧绕组的高频隔离变压器、整流电路、直流滤波器、三相桥式逆变器和交流滤波器。所述的直流输入电路与高频逆变器相连，逆变电压通过双二次侧绕组的高频隔离变压器变压，变压后的两个电压输出端分别与整流电路的输入端相连，每个整流电路的输出端与直流滤波器相连，所述的直流滤波器与三相桥式逆变器相连，所述的三相桥式逆变器与交流滤波器相连，所述的两个直流滤波器的电容相连，且两个电容的中点电位点与交流滤波器的电容输出端相连。
所述的三相桥式逆变器由三相逆变控制系统控制，所述的高频逆变器由高频PWM逆变器控制系统控制，所述的直流滤波器的两个电容与电容电压检测和信号调理电路相连，所述的电容电压检测和信号调理电路分别检测两个电容两端的电压，通过信号调理后分别送到高频PWM逆变器控制系统、整流电路和三相逆变控制系统。
所述的交流滤波器为三相交流LCL滤波器，其输入端与三相桥式逆变器输出端相连，输出端A、B、C、N与三相电网或三相交流负载相接，其中N点与直流滤波中两个电容连接的中点电位点相连接。
所述的三相桥式逆变器包括6个功率开关器件，两只串联后构成一个桥臂，然后三个桥臂并联，桥臂的中点分别与交流滤波器中的一相相连。
所述的整流电路为基于磁放大技术的整流电路，其包括两个带有非线性饱和电抗器，且所述的整流电路输入部分与双二次侧绕组的高频隔离变压器的二次绕组输出端相连，其输出部分与直流滤波器相连。
三相桥式逆变器为三相全桥式逆变器。
本发明的有益效果是：
本发明将双二次侧绕组的高频隔离变压器与三相全桥式逆变器电路配合，可以满足光伏隔离并网发电和三相四线独立供电两方面的需求。尤其当三相负载严重不平衡时，零线电流虽然会较大，但是本发明能够利用磁放大技术自动调节两路串联整流电路的输出电压，以保证直流滤波电容中点O的电位稳定。从而保证输出三相电压对称平衡。
新型逆变器采用双二次侧绕组的高频隔离变压器与工频隔离变压器方案相比，功率密度大，轻便、成本低。另外本发明利用磁放大技术稳定直流滤波电容中点电位，并将两个电容的中点电位点与三相四线的零线N相连，该方案与组合式三相桥式逆变器相比，所用的大功率开关器件少一半，因此成本更低。它与三相四桥臂拓扑结构相比节省2个大功率的开关器件，降低了成本；与电容分裂式三相桥式逆变器相比，需要较少的电容容量，减小了系统体积而延长了系统的寿命；与带中点抽头的变压器相比，体积重量，大大降低，尤其适合于船舰、航空航天电源系统。
该发明特别适用于新能源微电网、蓄电储能电站、电动汽车、新型船舰系统等需要电气隔离，并网/独立双模式运行，三相负载不平衡的供电系统领域。
附图说明
图1本发明的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器，包括直流输入电路、高频逆变器、双二次侧绕组的高频隔离变压器、整流电路、直流滤波器、三相桥式逆变器和交流滤波器，所述的直流输入电路与高频逆变器相连，逆变电压通过双二次侧绕组的高频隔离变压器变压，变压后的两个电压输出端分别与整流电路的输入端相连，每个整流电路的输出端与直流滤波器相连，所述的直流滤波器与三相桥式逆变器相连，所述的三相桥式逆变器与交流滤波器相连，所述的两个直流滤波器的电容相连，且两个电容的中点电位点与交流滤波器的电容输出端相连。
高频逆变器包括全桥、半桥、正激式或反激式逆变电路。三相桥式逆变器为三相全桥式逆变器。
所述的整流电路为基于磁放大技术的整流电路，其包括两个带有非线性饱和电抗器，且所述的整流电路输入部分与双二次侧绕组的高频隔离变压器的二次绕组输出端相连，其输出部分与直流滤波器相连。
所述的直流滤波器有两个，其为直流LC滤波器，包括电感L1、电容C1和电感L2、电容C2，其中电容C1与电容C2的连结点记为O点，所述的三相桥式逆变器包括6个功率开关器件，两只串联后构成一个桥臂，然后三个桥臂并联，桥臂的中点分别为Va，Vb，Vc。所述的交流滤波器由6个电抗器和3个无极性电容构成，其输入端与三相桥式逆变器输出相连，输出端A、B、C、N与三相电网或三相交流负载相接，其中N点与直流滤波中点O相连接。
三相桥式逆变器由三相逆变控制系统控制，所述的高频逆变器由高频PWM逆变器控制系统控制，直流滤波器的电容C1、电容C2分别与电容电压检测和信号调理电路相连，电容电压检测和信号调理电路分别检测两个电容C1、电容C2两端的电压，通过信号调理后分别送到高频PWM逆变器控制系统、整流电路和三相逆变控制系统，整流电路根据接收的电压信号调节直流滤波器电容C1和电容C2的中点电位，高频PWM逆变器控制系统根据接收的电压控制高频逆变器，三相逆变控制系统根据电压检测和信号调理电路输出的电压和直流滤波器输出端A、B、C的交流输出电压eABC、交流输出电流iABC，控制三相桥式逆变器功率开关管工作，从而输出三相交流电。
Claims (3)
1.一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器，包括直流输入电路、高频逆变器、双二次侧绕组的高频隔离变压器、整流电路、直流滤波器、三相桥式逆变器和交流滤波器，所述的直流输入电路与高频逆变器相连，逆变电压通过双二次侧绕组的高频隔离变压器变压，变压后的两个电压输出端分别与整流电路的输入端相连，每个整流电路的输出端与直流滤波器相连，所述的直流滤波器与三相桥式逆变器相连，所述的三相桥式逆变器与交流滤波器相连，其特征在于：所述的两个直流滤波器的电容相连，且两个电容的中点电位点与交流滤波器的电容输出端相连；
所述的交流滤波器为三相交流LCL滤波器，其输入端与三相桥式逆变器输出端相连，输出端A、B、C、N与三相电网或三相交流负载相接，其中N点与直流滤波中两个电容连接的中点电位点相连接；
所述的整流电路为基于磁放大技术的整流电路，其包括两个带有非线性饱和电抗器，且所述的整流电路输入部分与双二次侧绕组的高频隔离变压器的二次绕组输出端相连，其输出部分与直流滤波器相连；
当三相负载严重不平衡时，利用磁放大技术自动调节两路串联整流电路的输出电压，以保证直流滤波电容中点的电位稳定，从而保证输出三相电压对称平衡。
2.如权利要求1所述的一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器，其特征在于：所述的三相桥式逆变器由三相逆变控制系统控制，所述的高频逆变器由高频PWM逆变器控制系统控制，所述的直流滤波器的两个电容与电容电压检测和信号调理电路相连，所述的电容电压检测和信号调理电路分别检测两个电容两端的电压，通过信号调理后分别送到高频PWM逆变器控制系统、整流电路和三相逆变控制系统，整流电路根据接收的电压信号调节直流滤波器两个电容的中点电位，高频PWM逆变器控制系统根据接收的电压控制高频逆变器，三相逆变控制系统根据电压检测和信号调理电路输出的电压和直流滤波器输出端的交流输出电压、交流输出电流，控制三相桥式逆变器功率开关管工作，从而输出三相交流电。
3.如权利要求1所述的一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器，其特征在于：所述的三相桥式逆变器包括6个功率开关器件，两个串联后构成一个桥臂，然后三个桥臂并联，桥臂的中点分别与交流滤波器中的一相相连。
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