一种三相升压型三电平逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子变换器技术领域的逆变器，尤其涉及一种三相升压型三电平 逆变器。
【背景技术】
[0002] 逆变器作为一种电力电子设备，其基本作用是将直流输入电源转换成交流电源， 满足负载或电网的负荷要求。其中单相逆变器主要应用在中小功率场合，结构简单、成本较 低；而三相逆变器由于其结构特点，适用于更大功率场合，广泛应用在光伏并网、电机驱动、 航空电源等各种工业场合。
[0003] 传统三相逆变器主要包括三相半桥型两电平逆变器拓扑、三相中点钳位型三电平 逆变器等拓扑，其共同特点是输出电压幅值低于输入电压、属于降压型逆变器。而上述降压 型逆变器一般需要直流母线电压大于等于倍的输出交流电压幅值。在实际应用中的升 压场合，逆变器需要连接变压器或者前级升压变换器，来提高输出电压幅值、降低系统对直 流母线电压幅值的要求。然而，变压器或者前级升压变换器的接入也会引起逆变器体积增 大、成本增加、电能转换效率降低等问题。同时，无变压器型逆变器在应用过程中，开关管高 频通断也造成逆变器共模电压高频变化，在光伏并网、电机驱动等多种工业应用中引起共 模问题，影响系统安全可靠运行、甚至威胁人身安全。因而，亟需新型三相升压型逆变器解 决上述问题。
[0004] 中国专利申请号201410020413. 6,名称为单级升压逆变器非隔离光伏并网发电 系统及其控制方法，该专利申请提出一种光伏逆变器，在传统三相半桥型两电平逆变器的 基础上引入耦合电感无源网络将逆变器的电源与主电路相耦合，结合其公布的控制方案， 实现升压功能的同时抑制共模电流。然而该申请案提出的逆变器方案属于两电平逆变器， 限制了其在中高电压场合的应用。CarloCecati等人2004年在IEEETransactionson PowerElectronics发表的文章Anovelthree-phasesingle-stagedistributedpower inverter中提出一种基于Boost直流变换器的三相单级式逆变器，该逆变器输出电压幅值 大于等于输入直流电压幅值且具有较好的共模抑制能力；但该逆变器属于两电平逆变器， 在高电压电能变换场合，存在开关管电压应力高、输出电压谐波含量高、损耗大等缺陷。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供直流电压利用率较高，能够适 用于升压应用场合并具备共模抑制能力的一种三相升压型三电平逆变器。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种三相升压型三电平逆变器，其第一种电路形式包括直流母线、十二个开关管、 六个二极管、三个电感和六个电容；
[0008] 直流母线的P端通过第一电感L1与第二开关管S2的一端、第三开关管S3的一端 相连接；第二开关管S2的另一端与第一开关管Si的一端、第一二极管D:的一端相连接；第 三开关管S3的另一端与第四开关管S4的一端、第二二极管D2的一端相连接；第四开关管S4 的另一端与直流母线的N端相连；第一开关管S1的另一端与三相负载或三相电网的A相、 第一电容C1的一端连接于点A;第一二极管D:的另一端、第二二极管D2的另一端、第一电容 C1的另一端与第二电容C2的一端相连接；
[0009] 直流母线的P端通过第二电感L2与第六开关管S6的一端、第七开关管S7的一端 相连接；第六开关管S6的另一端与第五开关管S5的一端、第三二极管D3的一端相连接；第 七开关管S7的另一端与第八开关管S8的一端、第四二极管D4的一端相连接；第八开关管S8 的另一端与直流母线的N端相连；第五开关管S5的另一端与三相负载或三相电网的B相、 第三电容(：3的一端连接于点B;第三二极管03的另一端、第四二极管04的另一端、第三电容 C3的另一端与第四电容C4的一端相连接；
[0010] 直流母线的P端通过第三电感L3与第十开关管S1(|的一端、第十一开关管Sn的 一端相连接；第十开关管Sltl的另一端与第九开关管S9的一端、第五二极管D5的一端相连 接；第十一开关管S11的另一端与第十二开关管S12的一端、第六二极管06的一端相连接；第 十二开关管S12的另一端与直流母线的N端相连；第九开关管S9的另一端与三相负载或三 相电网的C相、第五电容(：5的一端连接于点C;第五二极管D5的另一端、第六二极管D6的另 一端、第五电容C5的另一端与第六电容C6的一端相连接；
[0011] 第二电容(：2的另一端、第四电容C4的另一端和第六电容C6的另一端连接于点M， 三相负载或三相电网连接于点0。
[0012] 更进一步，在本发明提出的一种三相升压型三电平逆变器第一种电路形式的基础 上，采取以下两项措施之一的改进，以增强共模抑制能力：
[0013] (1)将第二电容C2、第四电容C4和第六电容(：6的连接点M与直流母线的N端连接；
[0014] (2)在直流母线的P端与N端之间接入串联的第一抑制电容Ctl和第二抑制电容 Ct2，第一抑制电容Ctl与第二抑制电容Ct2连接于点H，将第一抑制电容Ctl、第二抑制电容Ct2 的连接点H与第二电容C2、第四电容C4和第六电容C6的连接点M相连。
[0015] 更进一步，在本发明提出的一种三相升压型三电平逆变器第一种电路形式的基础 上，或者在本发明提出的一种三相升压型三电平逆变器第一种电路形式且采取增强共模抑 制能力措施（1)的基础上，采取以下措施减小电路开关管数量：
[0016] (3)在直流母线的P端与N端之间接入串联的第一分压电容Cnl和第二分压电容 Cn2,替代本发明提出的一种三相升压型三电平逆变器第一种电路形式中任意一相对应的电 感、二极管和开关管，将该相对应的负载或电网连接到第一分压电容Cnl与第二分压电容Cn2 的连接点J;A相包括：第一电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关 管S2、第三开关管S3和第四开关管S4;B相包括：第二电感L2、第三二极管D3、第四二极管 D4、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第八开关管S8;C相包括：第三电感L3、第 五二极管D5、第六二极管D6、第九开关管S9、第十开关管Sltl、第十一开关管S11和第十二开关 管S12。
[0017] 本发明还提供了一种三相升压型三电平逆变器的第二种电路形式，它包括直流母 线、十二个开关管、三个电感和六个电容；
[0018] 直流母线的W端通过第一电感L1'与第二开关管S2'的一端、第三开关管S3' 的一端相连接，第二开关管S2'的另一端与第一开关管S1'的一端、第一电容C1'的一端 相连接，第三开关管S3'的另一端与第四开关管S4'的一端、第一电容C1'的另一端相连 接，第四开关管S4'的另一端与直流母线的N'端相连，第一开关管S1'的另一端与三相负 载或三相电网的A相、第四电容C4'的一端连接于点A';
[0019] 直流母线的P'端通过第二电感L2'与第六开关管S6'的一端、第七开关管S7' 的一端相连接，第六开关管S6'的另一端与第五开关管S5'的一端、第二电容C2'的一端 相连接，第七开关管S7'的另一端与第八开关管S8'的一端、第二电容C2'的另一端相连 接，第八开关管S8'的另一端与直流母线的N(2端相连，第五开关管S5'的另一端与三相负 载或三相电网的B相、第五电容C5'的一端连接于点B';
[0020] 直流母线的P'端通过第三电感L3'与第十开关管Sltl'的一端、第十一开关管 S11'的一端相连接，第十开关管Sltl'的另一端与第九开关管S9'的一端、第三电容C3'的 一端相连接，第十一开关管S11'的另一端与第十二开关管S12'的一端、第三电容C3'的另 一端相连接，第十二开关管S12'的另一端与直流母线的N'端相连，第九开关管S9'的另 一端与三相负载或三相电网的C相、第六电容C6'的一端连接于点C';
[0021] 第四电容C4'的另一端、第五电容C5'的另一端和第六电容C6'的另一端连接于 点，，三相负载或三相电网连接于点0'。
[0022] 更进一步，在本发明提出的一种三相升压型三电平逆变器第二种电路形式的基础 上，采取以下两项措施之一的改进，以增强共模抑制能力：
[0023] (4)将第四电容C4'、第五电容C5'和第六电容C6'的连接点M'与直流母线的 N'端连接；
[0024] (5)在直流母线的P'端与N'端之间接入串联的第一抑制电容Ctl'和第二抑制 电容Ct2'，第一抑制电容Ctl'与第二抑制电容Ct2'连接于点H'，第一抑制电容Ctl'、第 二抑制电容Ct2'的连接点H'与第四电容C4'、第五电容C5'和第六电容C6'的连接点M' 相连。
[0025] 更进一步，在本发明提出的一种三相升压型三电平逆变器第二种电路形式的基础 上，或者在本发明提出的一种三相升压型三电平逆变器第二种电路形式且采取增强共模抑 制能力措施（4)的基础上，采用以下措施减小电路开关管数量：
[0026] (6)在直流母线的P'端与N'端之间接入串联的第一分压电容Cnl'和第二分压 电容Cn2'，替代逆变器中任意一相对应的电感、电容和开关管，将该相对应的负载或电网接 到第一分压电容Cnl'和第二分压电容Cn2'的连接点J' ;A相包括：第一电感L1'、第一电 容C1'、第一开关管S1'、第二开关管S2'、第三开关管S3'和第四开关管S4' ;B相包括： 第二电感L2'、第二电容C2'、第五开关管S5'、第六开关管&'、第七开关管S7'和第八开 关管S8' ;C相包括：第三电感L3'、第三电容C3'、第九开关管S9'、第十开关管Slt/、第 十一开关管S11'和第十二开关管S12'。由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明 的有益效果是：
[0027] 1、与传统三相逆变器相比，本发明提出的逆变器可以在无需变压器或前级升压变 换器的情况下