本发明涉及一种三电平微网变流器。
背景技术：
微网变流器可实现交流电网电能与储能电池电能之间的能量双向传递，其不仅可以快速有效地实现平抑分布式发电系统随机电能或潮流的波动，提高电网对大规模可再生能源发电，如风能、光伏的接纳能力，且可以接受调度指令，吸纳或补充电网的峰谷电能，及提供无功功率，提高电网的供电质量和经济效益。
目前，微网变流器的市场应用主要以两电平为主，两电平变流器柜内的电抗器、滤波器体积较大，系统效率低、谐波含量高、应用成本高。与两电平电路相比，三电平电路具有一系列优点：输出电压波形为多电平，谐波小，所需的滤波电感量小，有利于降低系统成本和损耗；开关损耗小，效率高；开关动作时的电压变化率小，引起的EMI小等，成为业内的研究热点。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有两电平技术的缺点，提出一种基于三电平电路拓扑结构的微网变流器。本发明具有整机变流模块小，转换效率高，成本低等优点。
本发明三电平微网变流器包括与外部直流电源连接的直流支撑电路、与直流支撑电路连接的三电平桥式电路、与三电平桥式电路连接的交流侧滤波电路、与交流侧滤波电路连接的隔离变压器和与隔离变压器连接的并离网切换电路，并离网切换电路的另一端分别与外部电网和负载连接。所述的直流支撑电路包括并联在直流母线上的预充电回路、与预充电回路连接的均压电阻及与均压电阻连接的母线电容，母线电容的另一端与三电平桥式电路连接；三电平桥式电路包括并联在母线电容两端的三相桥臂和与三相桥臂连接的吸收电容，每相桥臂的中点引出三相相线；三相相线经过交流侧滤波电路与隔离变压器相连，再通过切换开关分别与电网侧和负载侧连接。
本发明还具有如下技术特征：所述的直流支撑电路母线电容由两个电容串联或由多个电容串联及并联组成，所述的三电平桥式电路采用T型结构，所述的交流侧滤波电路为L型、LC型或LCL型。
本发明的效果：
本电路具有四象限运行功能，能够实现能量的双向流动及并离网模式间的切换运行。膜电容做直流母线支撑，采用预充电回路保护母线电容；均压电阻与放电电阻复用一组电阻，节约成本的同时减少空间占用；T型三电平桥式电路输出电平多开关损耗小，交流侧滤波电路用来滤除PWM调制产生的开关谐波，提升系统的效率和电能质量；同时具备星三角联结的隔离变压器，满足带不平衡负载的能力。
附图说明
图1为本发明的电气结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明拓扑结构包括与外部直流电源连接的直流支撑电路、与直流支撑电路连接的三电平桥式电路、与三电平桥式电路连接的交流侧滤波电路、与交流侧滤波电路连接的隔离变压器和与隔离变压器连接的并离网切换电路，并离网切换电路的另一端分别与外部电网和负载连接。所述的直流支撑电路包括并联在直流母线上的预充电回路、与预充电回路连接的均压电阻及与均压电阻连接的母线电容，母线电容的另一端与三电平桥式电路连接。三电平桥式电路包括并联在母线电容两端的三相桥臂和与三相桥臂连接的吸收电容，每相桥臂的中点引出U、V、W三相相线；U、V、W三相相线经过交流侧滤波电路与隔离变压器T1相连，再通过切换开关分别与电网侧和负载侧连接。
所述的预充电回路由第二接触器Q2和第一电阻R1串联组成，预充电回路跨接在第一断路器Q1的两端，第一断路器Q1的两端分别与外部直流电源及均压电阻连接，用于保护母线电容，避免直流侧电压突加母线电容时产生的冲击电流。
所述的母线电容由第一电容C1和第二电容C2串联组成，母线电容跨接在直流母线的两端，串联的第一电容C1和第二电容C2的中点作为零电平输出，依据容量需求可采用两个串联或由多个电容串联及并联组成。
所述的均压电阻由第二电阻R2和第三电阻R3串联组成，均压电阻跨接在母线电容的两端。串联的第二电阻R2和第三电阻R3的中点与母线电容的中点相连，用于均衡电容串联电压的分配，同时在直流侧断电期间用于泄放母线电容的电压。
所述的三相桥臂为T型结构，以U相桥臂为例，桥臂由第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3和第四开关管T4组成。第一开关管T1与第四开关管T4串联后跨接在直流母线的两端，第二开关管T2与第三开关管T3串联后跨接在母线的中性点与第一开关管T1、第四开关管T4的中点。其中第一开关管T1和第四开关管T4作为主开关管，第二开关管T2和第三开关管T3组成双向开关，实现钳位功能，使得每相获得+Udc/2、0、-Udc/2三种电平。其余V相桥臂及W相桥臂的结构和U相桥臂相同。
所述的吸收电容由六个电容CU3、CU4、CV3、CV4、CW3、CW4组成，其中第一吸收电容CU3与第二吸收电容CU4串联后跨接于U相桥臂的两端，第三吸收电容CV3与第四吸收电容CV4串联后跨接于V相桥臂的两端，第五吸收电容CW3与第六吸收电容CW4串联后跨接于W相桥臂的两端，用于吸收回路杂散电感引起的尖峰电压，避免开关管损坏。
所述的交流侧滤波电路用来滤除PWM调制产生的开关谐波，保证输出电能质量，可以采用L、LC或LCL等拓扑，也可以直接利用隔离变压器的原边漏感作为滤波回路。图1所示为LC型，由第一电抗器L1和第五电容C5组成，其中第五电容C5前端串接三个电阻R4、R5、R6，可有效阻尼谐振尖峰。
所述的隔离变压器T1为Dyn联结，起到抑制谐波和带不平衡负载的作用。
所述的并离网切换电路由第三接触器Q3、第四接触器Q4、第五断路器Q5、第六断路器Q6组成；其中第三接触器Q3的一端连接隔离变压器T1，另一端与第四接触器Q4的串联，第四接触器Q4的另一端与第五断路器Q5串联，第五断路器Q5的另一端作为电网接入端；第六断路器Q6的一端接于第三接触器Q3与第四接触器Q4的串联中点，第六断路器Q6的另一端作为负载接入端。第五断路器Q5和第六断路器Q6作为配电开关，第三接触器Q3和第四接触器Q4作为控制开关，实现不同工作模式下电路的切换。
本发明的工作过程如下：微网变流器先以电压源模式启动，检测电网电压是否满足并网条件，如符合则闭合并网切换电路运行于并网模式；如不符合则断开并网电路运行于离网模式，同时依据系统的调度指令实现充放电，充电方式依据当前蓄电池组状态选择适宜的充电曲线运行。