专利名称：一种单相混合桥三电平逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及直流一交流逆变技术领域，具体涉及一种单相三电平逆变器。
背景技术：
随着世界各国对新能源开发和应用的重视，基于光伏等新能源的发电 技术得到了广泛的研究和应用。在并网光伏发电系统中， 一般通过并网逆 变器将光伏阵列发出的直流电能逆变为交流电能供给负载或者并入电网。 市场上大量的并网逆变器的输出侧都带有工频变压器，实现电气隔离和电 压匹配等功能，然而工频变压器的存在大大增加了并网逆变器的体积和重 量，不适合于中小功率场合应用；并且在采用常规无工频变压器的逆变拓 扑中，由于电网的零线与光伏阵列存在直接的电气连接，而光伏阵列存在 较大的对地分布电容，这些对地分布电容、逆变桥和滤波元件通过电网与 大地构成共模谐振回路，变化的共模电压将在共模谐振回路中激励出较大 的共模电流即对地漏电流，增加了系统损耗，降低了设备的安全性。
为了抑制并网逆变系统中的对地漏电流，常用的方法是在共模谐振回 路中加入共模滤波器，可有效抑制对地漏电流，但共模滤波器会增加设备 的体积和重量。专利CN1375卯2公开了一种逆变器的漏电流抑制方法，需 要增加一级DC-DC变换器和相关的检测与控制电路，增加了系统的复杂性 和成本，降低了系统效率和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单相混合桥三电平逆变器，适用于无变压 器型光伏并网逆变器等对漏电流大小限制较严格的逆变电源系统。
一种单相混合桥三电平逆变器，其特征在于，第一，二电解电容d， C2串接，第一 第四开关管T, T4依次按照发射极连接集电极的方式串接，
第五，六开关管Ts， T6按照发射极连接集电极的方式串接；第一电解电容
桥Q的正极连接第一开关管1\和第五开关管Ts的集电极，第二电解电容
C2的负极连接第四开关管T4和第六开关管T6的发射极；
两电解电容Q， C2的相接点连接第一二极管D,的阳极，第一二极管 D,的阴极连接第一，二开关管T,， T2的相接点，两电解电容C,， C2的相接 点还连接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接第三，四开关
管丁3， T4的相接点；第五，六开关管Ts， T6的相接点连接第三二极管D3
的阳极，第三二极管D3的阴极连接第一，二开关管T,， T2的相接点，第五， 六开关管Ts， T6的相接点连接第四二极管D4的阴极，第四二极管D4的阳
极连接第三，四开关管丁3， T4的相接点；第二，三开关管T2， T3的相接点 和第五，六开关管T5， T6的相接点分别连接输出滤波器的两个输入端。
本发明提供了一种能有效抑制对地漏电流的单相混合桥三电平逆变
器，与常规具有漏电流抑制功能的逆变器相比具有以下优点
(1)理论漏电流为零的，适合于无变压器型光伏并网逆变器等对漏电
流大小限制较严格的逆变电源系统；(2) 单相混合桥三电平逆变器的桥臂输出电压含有三种电平状态，在 相同开关频率条件下，具有更好的输出波形质量；
(3) 无需增加额外的检测和控制电路，系统简洁、成本低。
图1为单相混合桥三电平逆变器的主电路拓扑图； 图2为单相混合桥三电平逆变器的调制方法示意图； 图3为单相混合桥三电平逆变器关键波形示意图。
具体实施例方式
图1为本发明提供的单相混合桥三电平逆变器，包括六个开关管T, T6，四个二极管D, D4，两个电解电容C,和C2， 一个电感Lf和一个交流 滤波电容Cf，其中T, T4， C" C2， D。 D2构成一个二极管中点箝位的三 电平单相变换单元，T5， T6， Q和C2构成一个单相半桥变换单元，D3与 D4的串联支路与D，和D2的串联支路并联，D3与D4的中点与T5和丁6桥臂 的中点相连接。逆变桥臂的输出经过Lf和Cf构成的LC滤波器接入电网。 单相混合桥三电平逆变器的输入为电压为Vb的蓄电池组，由多节铅酸蓄电 池串联而成，蓄电池组的额定电压必须高于电网电压的峰值。
单相混合桥三电平逆变器的开关频率可综合考虑系统容量、开关管和 散热等因素合理选取，其调制方法的示意图如图2。由图可见，T,的驱动信 号的正半波由正弦调制波的正半波与三角载波比较形成，驱动信号的负 半波恒为低；丁6与T,的驱动信号完全相同；丁3与T,的驱动信号互补；T4的驱动信号的正半波恒为低，负半波由正弦调制波负半波的绝对值与三角 载波比较形成；T5与T4的驱动信号完全相同；T2与T4的驱动信号互补。图
、
2中VpwM为正弦调制波Vr与三角载波Ve比较形成的SPWM波，Vto为与 调制波同步的工频方波，调制波处于正半波时Vdir为高电平，调制波处于负 半波时，调制波Vdir为低电平。T!与T6的驱动波形可由Vpwm与V他通过逻
辑与运算得到，丁4与Ts的驱动波形可由Vpwm与Vdir的非信号通过逻辑与
运算得到，T2的驱动信号可由T4的驱动信号通过逻辑非运算得到，T3的驱
动信号可由1的驱动信号通过逻辑非运算得到。
根据上述驱动方式，单相混合桥三电平逆变器在工作过程中包含三种 开关模态-
模态l: T卩丁2和丁6导通，T3， T4和T5关断，逆变桥输出VAB=Vb， 此时拓扑的共模电压为
cm 2 2 2
模态2: T2和T3导通，TV T4， T5和T6关断，逆变桥输出Vab=0，此
时Vaq和VBo的电压均被C,、 C2、 D,和D2箝位到Vb/2，因此拓扑的共模
电压为
tm 2 2 2
模态3: T3， T4和Ts导通，T,， T2和T6关断，逆变桥输出VAB=-Vb，
此时拓扑的共模电压为
「= +4) =0 + ^—6
cm — 2 一 2 2 J 单相混合桥式三电平逆变拓扑输出含有Vb， O和-Vb三种电平状态，当
输出处于正半波时，拓扑处于模态1和模态2交替运行状态，当输出处于负半波时，拓扑处于由模态2和模态3交替运行状态。由式(1)至式(3) 可以看出，系统的瞬时共模电压恒定为Vb/2，理论上无漏电流。图3为单 相混合桥三电平逆变器的关键波形，图中从上至下分别为桥臂输出电压 Vab，输出电流ig和共模电压Vem，由图3可以看出单相混合桥三电平逆变 器的桥臂输出电压具有Vb， O和-Vb三种电平状态，且瞬时共模电压为恒定 值，不会在共模谐振回路中激励出共模电流即对地漏电流。
权利要求
1、一种单相混合桥三电平逆变器，其特征在于，第一，二电解电容(C1，C2)串接，第一～第四开关管(T1～T4)依次按照发射极连接集电极的方式串接，第五，六开关管(T5，T6)按照发射极连接集电极的方式串接；第一电解电容桥(C1)的正极连接第一开关管(T1)和第五开关管(T5)的集电极，第二电解电容(C2)的负极连接第四开关管(T4)和第六开关管(T6)的发射极；两电解电容(C1，C2)的相接点连接第一二极管(D1)的阳极，第一二极管(D1)的阴极连接第一，二开关管(T1，T2)的相接点，两电解电容(C1，C2)的相接点还连接第二二极管(D2)的阴极，第二二极管(D2)的阳极连接第三，四开关管(T3，T4)的相接点；第五，六开关管(T5，T6)的相接点连接第三二极管(D3)的阳极，第三二极管(D3)的阴极连接第一，二开关管(T1，T2)的相接点，第五，六开关管(T5，T6)的相接点连接第四二极管(D4)的阴极，第四二极管(D4)的阳极连接第三，四开关管(T3，T4)的相接点；第二，三开关管(T2，T3)的相接点和第五，六开关管(T5，T6)的相接点分别连接输出滤波器的两个输入端。
全文摘要
本发明公开了一种单相混合桥三电平逆变器，包括六个开关管T<sub>1</sub>～T<sub>6</sub>，四个二极管D<sub>1</sub>～D<sub>4</sub>，两个电解电容C<sub>1</sub>和C<sub>2</sub>，一个输出滤波器，其中T<sub>1</sub>～T<sub>4</sub>，C<sub>1</sub>，C<sub>2</sub>，D<sub>1</sub>，D<sub>2</sub>构成一个二极管中点箝位的三电平单相变换单元，T<sub>5</sub>，T<sub>6</sub>，C<sub>1</sub>和C<sub>2</sub>构成一个单相半桥变换单元，D<sub>3</sub>与D<sub>4</sub>的串联支路与D<sub>1</sub>和D<sub>2</sub>的串联支路并联，D<sub>3</sub>与D<sub>4</sub>的中点与T<sub>5</sub>和T<sub>6</sub>桥臂的中点相连接。本发明有效抑制逆变器的对地漏电流，具有效率高，调制方法简单的优点，适用于无变压器型光伏并网逆变器等对漏电流大小限制较严格的逆变电源系统。
文档编号H02M7/537GK101599713SQ200910063079
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月7日 优先权日2009年7月7日
发明者刘邦银, 勇 康, 段善旭 申请人:华中科技大学