电流型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器

本发明所涉及的电流型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器，属于电力电子变换技术。

背景技术：

1、逆变器是应用电力半导体器件将一种不稳定劣质的直流电变换成稳定优质的交流电的静止变流装置，供单相/三相交流负载使用或实现单相/三相交流并网。单相/三相交流负载或单相/三相交流电网与输入直流电源间有工频变压器或高频变压器隔离的逆变器，分别称为低频环节和高频环节逆变器。变压器隔离元件在其中起到了重要作用：(1)实现了输出与输入间电气隔离，提高了逆变器运行的安全可靠性和电磁兼容性；(2)实现了逆变器输出与输入间电压匹配，即实现了逆变器输出电压高于、等于或低于输入电压的技术效果，其应用范围得到了大大拓宽；(3)当高频变压器工作频率在20khz以上时,其体积、重量大大降低,并且消除了音频噪音。

2、多电平逆变器具有输出多电平电压波、功率开关电压应力低、输出电压波形谐波含量小、du/dt和di/dt引起的电磁干扰小等优点，广泛应用于高压单相/三相大功率逆变场合。多电平逆变器包括二极管箝位型、电容箝位型和具有独立直流电源的级联型三类拓扑结构，二极管箝位型和电容箝位型多电平逆变器适用于高压输入单相/三相大功率逆变场合，而具有独立直流电源的级联型多电平逆变器适用于低压输入高压输出单相/三相大功率逆变场合。

3、太阳能、风能、潮汐能和地热能等新能源(也称为绿色能源)，具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点,因而具有广泛的应用前景。由于石油、煤和天然气等化石能源(不可再生的能源)日益紧张、环境污染严重、导致全球变暖以及核能的生产又会产生核废料和污染环境等原因，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视。光伏、风力、燃料电池、水力、地热等新能源发电均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺陷，故需要采用多新能源联合供电的单相/三相分布式发电系统。多新能源单相/三相分布式发电系统允许多种新能源输入，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，多输入源同时或分时向负载供电，实现了新能源充分和优先利用，提高了供电系统稳定性和灵活性。

4、传统的具有独立直流电源的级联型多新能源单相多电平逆变器拓扑结构，如图1所示。该单相拓扑结构是由m组独立的输出端并接的n个单输入直流变换器分别向m组输出端级联的单相双向全桥逆变电路供电构成的，虽然实现了高压输出逆变、多新能源的优先利用和供电系统的稳定性，但存在拓扑结构复杂、变换器数量多、体积和重量大、成本高、可靠性低等缺陷。

5、为了实现新能源充分利用、提高供电系统稳定性和灵活性、高压输出逆变的小型轻量化和低成本，探索和寻求一类适用于多新能源允许不共地和优良性能的电流型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器已迫在眉睫。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是要提供一种具有多新能源允许不共地、单相输出交流负载与多新能源高频电气隔离、拓扑结构简洁、多输入源在一个开关周期内同时向单相交流负载供电、多输入源占空比调节范围宽、体积和重量小、变换效率高、输入电流脉动小、输出电压高且谐波含量小、成本低、适用于对高压中小功率单相交流负载供电(相对电流型三相多新能源高频环节多电平逆变对高压中大功率三相交流负载供电而言)等特点的电流型单相多新能源高频环节多电平逆变器。

2、实现本发明一个目的的技术方案在于：一种电流型单相多新能源高频环节多电平逆变器，其拓扑结构是由一个n输入m输出单相高频变压器将n个相互隔离、带输入滤波器和储能电感的改进型有源箝位单相单向高频逆变电路和m个整流滤波单相双向全桥逆变电路联接构成，单相高频变压器的每个原边绕组两端和每个副边绕组两端分别与每个单相单向高频逆变电路的输出端、每个整流滤波单相双向全桥逆变电路的输入端一一对应联接，n、m均为大于1的自然数；所述的每个带输入滤波器和储能电感的改进型有源箝位单相单向高频逆变电路是由输入滤波器、储能电感、改进型有源箝位电路和单相单向高频逆变电路依序级联构成，改进型有源箝位电路是由源极、漏极分别对应于单相单向高频逆变电路正、负直流母线的箝位开关与承受直流电压的箝位电容串联再与一个超快恢复二极管反并联构成，单相单向高频逆变电路是由能承受双向电压应力单向电流应力的高频功率开关和能承受单向电压应力双向电流应力的高频功率开关构成或仅由能承受双向电压应力单向电流应力的高频功率开关构成；所述的每个整流滤波单相双向全桥逆变电路是由一个或多个高频整流二极管组成的高频整流器、输出滤波电容、四个能承受单向电压应力双向电流应力的高频功率开关组成的单相双向全桥逆变电路依序级联构成，m个单相双向全桥逆变电路的输出端级联且输出首端和末端为输出lc滤波器的输入端；为了确保m个双向单相全桥逆变电路的m个直流侧电压相等、即udc1＝udc2＝…＝udcm，单相高频变压器m个副边绕组的匝数必须相等、即n21＝n22＝…＝n2m，单相高频变压器n个原边绕组的匝数n11、n12、…、n1n与n个输入源电压ui1、ui2、…、uin及n个输入源的占空比d1、d2、…、dn间的关系必须满足

3、本发明的另一个目的是要提供一种具有多新能源允许不共地、三相输出交流负载与多新能源高频电气隔离、拓扑结构简洁、多输入源在一个开关周期内同时向三相交流负载供电、多输入源占空比调节范围宽、体积和重量小、变换效率高、输入电流脉动小、输出电压高且谐波含量小、成本低、适用于对高压中大功率三相交流负载供电(相对电流型单相多新能源高频环节多电平逆变器对高压中小功率单相交流负载供电而言)等特点的电流型三相多新能源高频环节多电平逆变器。

4、实现本发明另一个目的的技术方案在于：一种电流型三相多新能源高频环节多电平逆变器，其拓扑结构是由三个相同的如权利要求1所述的电流型单相多新能源高频环节多电平逆变器拓扑结构在输出端以星型方式联接构成。

5、本发明是将传统的一个(三个)m组独立的输出端并接的n个单输入直流变换器分别向一个m组输出端级联的双向全桥逆变电路供电的单相拓扑结构(在输出端以星型方式联接构成的三相逆变器)，构建为由一个(三个)n输入m输出单相高频变压器将n路相互隔离、带输入滤波器和储能电感的改进型有源箝位单相单向高频逆变电路与输出端级联且输出首端和末端为输出lc滤波器输入端的m个整流滤波单相双向全桥逆变电路联接构成的单相拓扑结构(在输出端以星型方式联接构成的三相逆变器)，提出了电流型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器新概念、电路结构与拓扑族。

6、本发明的电流型单相/三相多新能源高频环节多电平逆变器能将多个不稳定的输入直流源变换成一个所需电压大小、稳定优质的单相/三相输出正弦交流电，具有多输入源允许不共地、输出单相/三相交流负载与多新能源高频电气隔离、拓扑结构简洁、多输入源在一个开关周期内同时向单相/三相交流负载供电、多输入源占空比调节范围宽、体积和重量小、变换效率高、输入电流脉动小、输出电压高且谐波含量小、成本低、适用于对高压中小功率单相/中大功率三相交流负载供电等特点，其综合性能将比传统的一个(三个)m组独立的输出端并接的n个单输入直流变换器分别向m组输出端级联的单相双向全桥逆变电路供电的的单相拓扑结构(在输出端以星型联接方式构成的三相多电平逆变器)优越。