一种LCL滤波并网逆变器保护电路的制作方法

本实用新型涉及过电压保护技术领域，尤其涉及一种LCL滤波并网逆变器保护电路。

背景技术：

为了降低输出谐波含量，通常在逆变器输出端增加滤波环节，由于在电感大小相等时，LCL滤波对电流高次谐波分量有更佳的衰减作用，而在滤波作用一样时，L滤波所需的电感总量大于LCL型，提高了材料成本和重量体积，使得LCL滤波技术应用越来越广泛。然而，当LCL滤波并网逆变发生接地短路故障时，却存在更为严重的过电压问题，产生的过电压，对逆变器所用的电力电子开关器件及LCL滤波器本身安全都存在严重的威胁。

目前，一般在电力电子开关器件上并联缓冲电路以限制逆变器内部过电压，但当LCL滤波并网逆变器发生输出接地短路故障等情况而出现外部过电压时，缓冲电路存在不足以有效限制这种外部过电压的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中LCL滤波并网逆变器发生输出接地短路故障等情况而出现外部过电压时，缓冲电路存在不足以有效限制这种外部过电压的问题，本实用新型提供了一种LCL滤波并网逆变器过电压保护方法，本实用新型采用的技术方案是：

一种LCL滤波并网逆变器保护电路，包括逆变器与滤波器，

其中所述的逆变器包括四个相互电学连接在一起的逆变器的电力电子开关S1～S4；

滤波器为LCL滤波器，包括逆变器输出侧电感L1、电网侧电感L2和滤波电容C1，所述逆变器输出侧电感L1设置于所述LCL滤波器的输入端，所述电网侧电感L2设置于所述LCL滤波器的输出端；

所述LCL滤波器的输入端的逆变器输出侧电感L1耦接至所述逆变器，所述LCL滤波器的输出端的电网侧电感L2耦接至电网；

所述的电力电子开关S1并联有电阻Z2，S2并联有电阻Z3，S3并联有电阻Z4，S4并联有电阻Z5，逆变器的输入端并联有电阻Z1，逆变器的输出端并联有电阻Z8，滤波器的输出端并联有电阻Z6，滤波器电容端并联有电阻Z7。

本实用新型提供的LCL滤波并网逆变器保护电路采用电力电子开关和逆变器整体的双重过电压保护策略，对每个开关设计一套ZnO压敏电阻进行保护，同时，又把整个逆变器作为保护对象，在逆变器输入输出端分别并联一套ZnO压敏电阻，当过电压大于ZnO压敏电阻的压敏电压时，ZnO压敏电阻自动导通对过电压进行抑制。

所述的逆变器为单相或三相。

所述的ZnO压敏电阻的压敏电压是指通过1mA电流时的压敏电阻两端的电压。

逆变器输入端设置一套ZnO压敏电阻，并联在直流母线正极和负极之间，当输入端出现过电压时，用于对输入端的过电压进行直接抑制。

当发生输出接地短路故障时，由于接地短路电流非常大，电力电子开关开断此大电流时会产生严重的过电压，因此在逆变器每个电力电子开关两端并联一套ZnO压敏电阻以对电力电子形成直接保护。压敏电阻的残压会随着流过压敏电阻的电流增加而增加，当输入过电压过大时，输入端压敏电阻的残压可能会大于电力电子开关的耐受电压，一旦此残压大于电力电子开关上并联的ZnO压敏电阻的压敏电压时，ZnO压敏电阻导通对残压进行抑制，此时开关上并联的ZnO压敏电阻与逆变器输入端并联的ZnO压敏电阻构成输入过电压双重保护。

滤波器输出端并联一套ZnO压敏电阻，直接对逆变器输出端进行过电压保护。逆变器输出端并联一套ZnO压敏电阻，与滤波器输出端并联的ZnO压敏电阻一起保护并网逆变器，防止并网侧因短路故障、电网电压波动、雷击侵入等导致的过电压对逆变器造成损害。开关上并联的ZnO压敏电阻和输出端并联的ZnO压敏电阻构成雷击侵入等外部过电压的双重保护。

滤波器电容两端并联一套ZnO压敏电阻，用来保护滤波电容以及防止并网侧过电压。由于滤波电感的存在，当发生短路故障时电流的快速变化会感应出较大的过电压，该过电压可能会对滤波电容构成威胁。

优选的，所述并联在电力电子开关上的ZnO压敏电阻残压要与所述的电力电子开关电压等级相配合，要求残压不能大于电力电子开关电压等级。

优选的，所述并联在滤波电容的ZnO压敏电阻残压要与所述的滤波电容耐压相配合，要求残压不能大于滤波电容耐压水平。

优选的，为了提高过电压保护能力，克服现有单只ZnO压敏电阻额定最大能量以及散热能力的局限性，所述每一套ZnO压敏电阻可由多个同型号ZnO压敏电阻并联组成，以提高通流能力及额定最大能量值。

优选的，所述的电力电子开关为IGBT。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型可提高LCL滤波并网逆变器抗过电压能力及可靠性，可有效的将输入过电压、输出接地短路故障等导致的过电压进行有效限制，并可对过电压引起的过电流进行有效的抑制，且不影响保护电路正常运行，从而达到过电压保护的目的。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种LCL滤波并网逆变器保护电路电路图；

图2是单相并网逆变器发生输出接地短路故障时电力电子开关过电压波形示意图；

图3是本实用新型实施例2中IGBT单相全桥LCL滤波并网逆变器过电压保护效果示意图；

其中，S1~S4为电力电子开关，Z1~Z8为ZnO压敏电阻，L1为逆变侧滤波电感，L2为并网侧滤波电感，C1为滤波电容，f为输出接地短路故障发生点。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种LCL滤波并网逆变器保护电路，包括逆变器与滤波器，

其中所述的逆变器包括四个相互电学连接在一起的逆变器的电力电子开关S1～S4；

滤波器为LCL滤波器，包括逆变器输出侧电感L1、电网侧电感L2和滤波电容C1，所述逆变器输出侧电感L1设置于所述LCL滤波器的输入端，所述电网侧电感L2设置于所述LCL滤波器的输出端；

所述LCL滤波器的输入端的逆变器输出侧电感L1耦接至所述逆变器，所述LCL滤波器的输出端的电网侧电感L2耦接至电网；

所述的电力电子开关S1并联有电阻Z2，S2并联有电阻Z3，S3并联有电阻Z4，S4并联有电阻Z5，逆变器的输入端并联有电阻Z1，逆变器的输出端并联有电阻Z8，滤波器的输出端并联有电阻Z6，滤波器电容端并联有电阻Z7。

本实用新型提供的LCL滤波并网逆变器保护电路采用电力电子开关和逆变器整体的双重过电压保护策略，对每个开关设计一套ZnO压敏电阻进行保护，同时，又把整个逆变器作为保护对象，在逆变器输入输出端分别并联一套ZnO压敏电阻，当过电压大于ZnO压敏电阻的压敏电压时，ZnO压敏电阻自动导通对过电压进行抑制。

实施例2

本实施例提供的LCL滤波并网逆变器保护电路采用单相全桥逆变桥，逆变桥开关采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管Insulated Gate Bipolar Transistor），滤波器为LCL型滤波。

图2是单相并网逆变器发生输出接地短路故障时电力电子开关过电压波形示意图，a时刻发生输出接地短路故障，在电力电子开关上会出现比正常运行电压高几倍甚至几十倍的过电压。

当逆变器输入端出现过电压时，ZnO压敏电阻Z1首先导通对过电压进行抑制。如果过电压副值过大导致ZnO压敏电阻Z1残压大于并联在IGBT开关两端的任一ZnO压敏电阻Z2—Z5的压敏电压，对应的压敏电阻将导通对过电压进行抑制，从而对IGBT形成双重保护。

当逆变器f点发生输出接地短路故障，由于接地短路电流非常大，电力电子开关开断此大电流时会产生严重的过电压，一旦ZnO任一压敏电阻Z2—Z5两端电压大于压敏电压，对应ZnO压敏电阻立即导通对过电压进行抑制，从而保护IGBT免受输出接地短路故障导致的过电压危害。同时，当回路出现的过电压大于ZnO压敏电阻Z6、Z7、Z8的压敏电压时，Z6、Z7、Z8自动导通对过电压进行抑制。图3是本实用新型实施例1 IGBT单相全桥LCL滤波并网逆变器过电压保护效果示意图。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。