一种T型三电平逆变器及控制方法与流程

本发明属于光伏逆变器，具体涉及一种t型三电平逆变器及控制方法。

背景技术：

1、t型三电平逆变器因其拓扑结构简单、开关管数量少、开关管无严格驱动时序要求且应用可靠，因而大量应用在光伏系统中。但其竖管由于需要承受总母线电压，竖管的工作耐压一般需要为横管的两倍左右，例如，直流1100v光伏系统中竖管一般采用1200v的开关管。开关管耐压越高，开关损耗特性相比同等电流规格但耐压越低的开关管性能越差。在t型三电平拓扑中，为了满足电压应力要求，一般通过调节驱动电阻以降低其关断速度来实现，但这样带来的缺点是关断损耗变大。且光伏系统中竖管的工作导通占空比大，开关动作时承受开关电流较大，因而总体损耗大。横管基本上仅二极管导通，pf＝1时绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)基本上不承受开关损耗，仅二极管存在开关损耗，关断速度慢对整体损耗影响并不明显，现有的部分t型三电平逆变器并未充分利用横管igbt的开关性能。因此，在满足器件电压应力范围的前提下最大化提升竖管开关速度并降低竖管开关损耗是本领域人员追求的目标。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种改进的t型三电平逆变器及控制方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种t型三电平逆变器，包括逆变电路，所述逆变电路具有用于接入直流电的正极输入端子和负极输入端子以及输出端子，所述逆变电路包括：

4、至少一个竖桥和至少一个横桥，所述竖桥的一端连接至所述正极输入端子，所述竖桥的另一端连接至所述负极输入端子；所述横桥的一端连接至所述正极输入端子和所述负极输入端子之间的中性点，所述横桥的另一端连接至所述输出端子；所述竖桥和所述横桥的连接点连接至所述输出端子；

5、所述竖桥包括串联的至少两个开关模块，所述横桥包括串联的至少两个开关模块，每一个所述开关模块包括相互并联的二极管和功率开关；

6、所述t型三电平逆变器还包括逆变保护装置，所述逆变保护装置包括：

7、第一关断驱动模块，其和所述竖桥上的每一个所述开关模块的功率开关的控制端电性连接；

8、第二关断驱动模块，其和所述横桥上的每一个所述开关模块的功率开关的控制端电性连接；

9、所述第一关断驱动模块的关断速度配置为大于所述第二关断驱动模块的关断速度；

10、驱动延迟模块，其用于延长所述横桥上的每一个所述开关模块的关断时间，所述驱动延迟模块和所述第二关断驱动模块串联；

11、控制器，其分别和所述驱动延迟模块及所述第一关断驱动模块电性连接。

12、优选地，所述驱动延迟模块包括rc滤波电路或fpga器件。

13、优选地，所述第一关断驱动模块包括第一关断驱动电阻，所述第二关断驱动模块包括第二关断驱动电阻，所述第一关断驱动电阻的阻值小于所述第二关断驱动电阻的阻值。

14、优选地，所述功率开关为绝缘栅双极型晶体管或mos管。

15、优选地，所述竖桥包括第一开关模块和第二开关模块；所述横桥包括第三开关模块和第四开关模块；

16、所述第一开关模块的一端连接至所述正极输入端子，所述第一开关模块的另一端连接至所述输出端子；

17、所述第二开关模块的一端连接至所述负极输入端子，所述第二开关模块的另一端连接至所述输出端子；

18、所述第三开关模块的一端连接至所述中性点，所述第三开关模块的另一端和所述第四开关模块电连接，所述第四开关模块的另一端连接至所述输出端子。

19、进一步地，所述第一开关模块包括第一功率开关和第一二极管；所述第二开关模块包括第二功率开关和第二二极管；

20、所述第一功率开关的控制端和所述第二功率开关的控制端与所述第一关断驱动模块电性连接；

21、所述第一二极管的阴极连接至所述正极输入端子，所述第二二极管的阳极连接至所述负极输入端子；

22、所述第三开关模块包括第三功率开关和第三二极管；所述第四开关模块包括第四功率开关和第四二极管；

23、所述第三功率开关的控制端和所述第四功率开关的控制端与所述第二关断驱动模块电性连接；

24、所述第三二极管的阴极连接至所述中性点，所述第四二极管的阴极连接至所述输出端子。

25、更进一步地，所述第一功率开关的门极和所述第二功率开关的门极与所述第一关断驱动模块电性连接；所述第一功率开关的集电极连接至所述正极输入端子，所述第一功率开关的发射极连接至所述输出端子；所述第二功率开关的集电极连接至所述输出端子，所述第二功率开关的发射极连接至所述负极输入端子；所述第三功率开关的门极和所述第四功率开关的门极与所述第二关断驱动模块电性连接；所述第三功率开关的集电极连接至所述中性点，所述第三功率开关的发射极连接至所述第四开关模块；所述第四功率开关的集电极连接至所述输出端子，所述第四功率开关的发射极连接至所述第三开关模块。

26、更进一步地，所述第一开关模块和第一杂散电感串接，所述第一杂散电感的一端连接至所述正极输入端子，所述第一杂散电感的另一端连接至所述第一功率开关和所述第一二极管的连接点；

27、所述第二开关模块和第二杂散电感串接，所述第二杂散电感的一端连接至所述输出端子，所述第二杂散电感的另一端连接至所述第二功率开关和所述第二二极管的连接点；

28、所述第三开关模块和第三杂散电感串接，所述第三杂散电感的一端连接至所述中性点，所述第三杂散电感的另一端连接至所述第三功率开关和所述第三二极管的连接点；

29、所述第四开关模块和第四杂散电感串接，所述第四杂散电感的一端连接至所述输出端子，所述第四杂散电感的另一端连接至所述第四功率开关和所述第四二极管的连接点；

30、所述第一杂散电感、所述第二杂散电感、所述第三杂散电感和所述第四杂散电感的电感值不相同。

31、优选地，所述逆变电路还包括第一分压电容和第二分压电容，所述第一分压电容的一端连接至所述正极输入端子，所述第一分压电容的另一端连接至所述中性点；所述第二分压电容的一端连接至所述负极输入端子，所述第二分压电容的另一端连接至所述中性点。

32、一种如上所述的t型三电平逆变器的控制方法，所述逆变器具有第一工作模式和第二工作模式，所述逆变器处于所述第一工作模式时，所述逆变器处于关机或异常故障状态，所述控制方法包括：

33、s1、所述控制器判断所述逆变器处于第一工作模式还是第二工作模式，若所述逆变器处于所述第一工作模式，则跳转至步骤s2；若所述逆变器处于所述第二工作模式，则跳转至步骤s17；

34、s2、所述控制器判断所述逆变电路中的调制波是否处于正半周，若是，则跳转至步骤s3；若否，则跳转至步骤s10；

35、s3、所述控制器判断所述逆变电路中的电流流向，若电流从所述输出端子流向负载，则跳转至步骤s4；若电流从所述负载流向所述输出端子，则跳转至步骤s7；

36、s4、所述控制器判断封波时刻前功率开关的开合状态，若第一功率开关和第二功率开关断开，第三功率开关和第四功率开关闭合，则跳转至步骤s5；若所述第二功率开关和所述第四功率开关断开，所述第一功率开关和所述第三功率开关闭合，则跳转至步骤s6；

37、s5、所述控制器控制第三功率开关和所述第四功率开关断开；

38、s6、所述控制器控制所述第一功率开关断开，驱动延迟模块运行结束后，所述控制器控制所述第三功率开关断开；

39、s7、所述控制器判断封波时刻前功率开关的开合状态，若所述第一功率开关和所述第二功率开关断开，所述第三功率开关和所述第四功率开关闭合，则跳转至步骤s8；若所述第二功率开关和所述第四功率开关断开，所述第一功率开关和所述第三功率开关闭合，则跳转至步骤s9；

40、s8、所述控制器控制第三功率开关和所述第四功率开关断开；

41、s9、所述控制器控制所述第一功率开关断开，所述驱动延迟模块运行结束后，所述控制器控制所述第三功率开关断开；

42、s10、所述控制器判断所述逆变电路中的电流流向，若电流从所述输出端子流向所述负载，则跳转至步骤s11；若电流从所述负载流向所述输出端子，则跳转至步骤s14；

43、s11、所述控制器判断封波时刻前功率开关的开合状态，若所述第一功率开关和所述第二功率开关断开，所述第三功率开关和所述第四功率开关闭合，则跳转至步骤s12；若所述第一功率开关和所述第三功率开关断开，所述第二功率开关和所述第四功率开关闭合，则跳转至步骤s13；

44、s12、所述控制器控制所述第三功率开关和所述第四功率开关断开；

45、s13、所述控制器控制所述第二功率开关断开，所述驱动延迟模块运行结束后，所述控制器控制所述第四功率开关断开；

46、s14、所述控制器判断封波时刻前功率开关的开合状态，若所述第一功率开关和所述第二功率开关断开，所述第三功率开关和所述第四功率开关闭合，则跳转至步骤s15；若所述第一功率开关和所述第三功率开关断开，所述第二功率开关和所述第四功率开关闭合，则跳转至步骤s16；

47、s15、所述控制器控制所述第三功率开关和所述第四功率开关断开；

48、s16、所述控制器控制所述第二功率开关断开，驱动延迟模块运行结束后，所述控制器控制所述第四功率开关断开；

49、s17、执行第二工作模式下的控制策略。

50、优选地，所述第二工作模式下的控制策略包括：

51、s171、所述控制器判断所述逆变电路中的调制波是否处于正半周，若是，则跳转至步骤s172；若否，则跳转至步骤s173；

52、s172、所述控制器控制所述第三功率开关闭合，所述第一功率开关和所述第四功率开关中的一个断开，另一个闭合；

53、s173、所述控制器控制所述第四功率开关闭合，所述第二功率开关或所述第三功率开关中的一个断开，另一个闭合。

54、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

55、本发明中的t型三电平逆变器，通过设置逆变保护装置，第一关断驱动模块调节竖桥上各开关模块的关断，第二关断驱动模块调节横桥上各开关模块的关断，且第一关断驱动模块的关断速度大于第二关断驱动模块的关断速度，无论逆变器处于第一工作模式(逆变器处于关机或异常故障状态)还是第二工作模式(逆变器处于正常工作状态，无异常故障)，竖管均配置为关断速度较快，降低了竖管的关断损耗，且横管上的各开关模块在连接第二关断驱动模块的同时串接驱动延迟模块，横管上的瞬时电流较小，使得横管关断时产生的换流在竖管上产生的电压应力较小，实现了在满足器件电压应力范围的前提下最大化提升竖管开关速度并降低竖管开关损耗，降低了器件使用成本。