阅读说明：本技术 一种三相逆变器及其控制方法 (Three-phase inverter and control method thereof ) 是由 祁飚杰 杨永春 罗宇浩 于 2018-06-20 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种三相逆变器,包括四个桥臂,各个桥臂的开关器件和续流二极管以及各个桥臂的输出端的滤波电容和输出电感,滤波电容的第一端与该桥臂的输出电感连接,滤波电容的第二端与输入直流母线的负极连接。本申请为高频开关谐波电流形成了新的滤波回路,无论桥臂下方的功率管是关断还是开通,高频开关谐波电流均可通过该滤波回路完全从滤波电容流回输入直流母线,从而输出无高频开关谐波电流污染的电网电流,即使在输出低功率时,也可以输出高质量的电网电流。本申请还提供了一种三相逆变器的控制方法,控制该拓扑结构的三相逆变器在断续模式下工作,无需大的输出电感和电容,可以保证多机并联工作的系统的稳定性。(The application discloses a three-phase inverter, which comprises four bridge arms, a switching device and a freewheeling diode of each bridge arm, and a filter capacitor and an output inductor of the output end of each bridge arm, wherein the first end of the filter capacitor is connected with the output inductor of the bridge arm, and the second end of the filter capacitor is connected with the negative electrode of an input direct-current bus. The high-frequency switch harmonic current filtering circuit forms a new filtering circuit for the high-frequency switch harmonic current, and the high-frequency switch harmonic current can completely flow back to an input direct-current bus from a filtering capacitor through the filtering circuit no matter a power tube below a bridge arm is turned off or on, so that the power grid current without pollution of the high-frequency switch harmonic current is output, and the high-quality power grid current can be output even when low power is output. The application also provides a control method of the three-phase inverter, the three-phase inverter with the topological structure is controlled to work in an intermittent mode, large output inductance and capacitance are not needed, and the stability of a system with multiple machines working in parallel can be ensured.)

一种三相逆变器及其控制方法

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别是涉及一种三相逆变器及其控制方法。

背景技术

逆变器是将直流电转变成交流电的一种设备，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，例如常见的用于光伏发电的并网逆变器。图1和图2为目前最为常见的三相四桥臂的逆变器的拓扑结构，这种拓扑结构的逆变器在进行输出滤波时，只有当对应的桥臂下方的功率管导通时，才能形成滤波回路，进而滤除高频开关谐波电流，而桥臂下方的功率管关断时，高频开关谐波电流就会与电网电流一起输出，滤波电路就不能很好地滤除高频开关谐波电流，当输出低功率时，高频开关谐波电流在总电流的占比就会很大，导致输出的电网电流波形质量低。此外，该拓扑结构的逆变器只能工作在连续模式下，在起步功率较大时，这种拓扑结构的逆变器对输出电感、滤波电容以及开关器件的要求很高，实现起来困难，因此，常见的这类逆变器都是工作在连续模式下的逆变器。

因此，如何提供一种能解决上述技术问题的方案，是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种三相逆变器，能够输出无高频开关谐波电流污染的电网电流，即使在输出低功率时，也能够输出高质量的电网电流。本申请的另一目的是提供一种三相逆变器的控制方法，控制该三相逆变器在断续模式下工作，无需大的输出电感和电容，保证了多机并联工作的系统的稳定性。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种三相逆变器，包括：

四个桥臂，各个所述桥臂的开关器件和续流二极管以及各个所述桥臂的输出端的滤波电容和输出电感，所述滤波电容的第一端与该桥臂的所述输出电感连接，所述滤波电容的第二端与输入直流母线的负极连接。

优选地，所述三相逆变器的工作模式为断续模式。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种如上任一项所述的三相逆变器的控制方法，包括：

在依次产生三相并网电流的其中一相并网电流时，控制与当前相并网电流对应的桥臂的所述开关器件导通，在当前相并网电流对应的桥臂的所述输出电感的电流达到给定电流值时，控制所述桥臂的所述开关器件关断；

通过与当前相并网电流对应的所述续流二极管进行续流，在所述输出电感的电流减小为0时，经过预设时间，按照上述过程产生下一相并网电流；所述三相并网电流依次循环产生。

本申请提供了一种三相逆变器，包括四个桥臂，各个桥臂的开关器件和续流二极管以及各个桥臂的输出端的滤波电容和输出电感，滤波电容的第一端与该桥臂的输出电感连接，滤波电容的第二端与输入直流母线的负极连接。

本申请将滤波电容的第二端直接接到输入直流母线的负极，为高频开关谐波电流形成了新的滤波回路，无论桥臂下方的功率管是关断还是开通，高频开关谐波电流均可通过该滤波回路完全从滤波电容流回输入直流母线，也就是说，该滤波回路能够很好地滤除高频开关谐波电流，从而输出无高频开关谐波电流污染的电网电流，即使在输出低功率时，也可以输出高质量的电网电流。

本申请还提供了一种三相逆变器的控制方法，控制该拓扑结构的三相逆变器在断续模式下工作，无需大的输出电感和电容，可以保证多机并联工作的系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种三相逆变器的结构示意图；

图2为现有技术中的另一种三相逆变器的结构示意图；

图3为本申请所提供的一种三相逆变器的结构示意图；

图4为本申请所提供的一种三相逆变器的控制方法的流程示意图；

图5为本申请所提供的一种三相逆变器的6个工作模态的示意图；

图6为本申请所提供的一种三相逆变器的第一至第三工作模态的示意图；

图7a～f为本申请所提供的一种三相逆变器的各个工作状态的示意图；

图8为本申请所提供的一种三相逆变器的各桥臂的驱动波形的示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种三相逆变器，能够输出无高频开关谐波电流污染的电网电流，即使在输出低功率时，也能够输出高质量的电网电流。本申请的另一核心是提供一种三相逆变器的控制方法，控制该三相逆变器在断续模式下工作，无需大的输出电感和电容，保证了多机并联工作的系统的稳定性。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图3，图3为本申请所提供的一种三相逆变器的结构示意图，包括：

四个桥臂，各个桥臂的开关器件和续流二极管以及各个桥臂的输出端的滤波电容和输出电感，滤波电容的第一端与该桥臂的输出电感连接，滤波电容的第二端与输入直流母线的负极连接。

具体地，现有技术中各个桥臂的输出端的滤波电容的第一端与该桥臂的输出电感连接，第二端通过一个电感与公共桥臂的中点和n线连接，如图1所示；第二端也可以直接与公共桥臂的中点和n线连接，如图2所示。这两种拓扑均存在背景技术中提到的问题，当输出低功率时，由于三相逆变器的母线电压和输出电网电压是固定的，当电感值确定后，无论输出的功率是多少，电感上的高频开关谐波电流就固定了。随着输出功率的增加，高频开关谐波电流占总电流的比例逐渐减小，可以理解的是，当输出低功率时，高频开关谐波电流占比就会很大，这个时候要保证并网电流的THD(Total Harmonic Distortion，总谐波失真)满足国家标准要求，必然需要增大电感，以减小高频开关谐波电流，但是，增大电感又会带来新的问题，例如多机并联系统容易发生谐振。本申请中将各个桥臂的滤波电容的第一端与该桥臂的输出电感连接，第二端直接与输入直流母线的负极连接，可以看出，本申请改变了三相逆变器的输出滤波方式，提供了合适的滤波器以及滤波回路，本申请可以认为输出滤波器主要为滤波电容C，传统三相逆变器的输出滤波器为输出电感L和滤波电容C，相对于传统三相逆变器，本申请就不在受限于输出电感L，无需增大电感。

此外，现有技术中的三相逆变器由于受拓扑结构的限制，传统三相逆变器开关频率一般在20kHz以下，本申请的拓扑结构的开关频率可以达到200kHz以上，由于本申请工作的开关频率高，滤波方式好，所以，高频开关谐波电流可以完全从滤波电容C流回母线，这样就可以保证电网电流波形质量高。

本申请提供了一种三相逆变器，包括四个桥臂，各个桥臂的开关器件和续流二极管以及各个桥臂的输出端的滤波电容和输出电感，滤波电容的第一端与该桥臂的输出电感连接，滤波电容的第二端与输入直流母线的负极连接。

本申请将滤波电容的第二端直接接到输入直流母线的负极，为高频开关谐波电流形成了新的滤波回路，无论桥臂下方的功率管是关断还是开通，高频开关谐波电流均可通过该滤波回路完全从滤波电容流回输入直流母线，也就是说，该滤波回路能够很好地滤除高频开关谐波电流，从而输出无高频开关谐波电流污染的电网电流，即使在输出低功率时，也可以输出高质量的电网电流。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，该三相逆变器的工作模式为断续模式。

具体地，图1和图2中的三相逆变器由于受拓扑结构的限制，只能工作于连续模式(由于很难满足断续工作模式下对输出电感、滤波电容以及开关器件等的极高要求)，本申请的拓扑结构可以工作于断续模式，不在受限于输出电感L等，只需高频开关器件，由于输出电感不需要很大，多机并联系统也能够稳定工作。

这里所说的连续模式和断续模式可以根据开关器件在高频开关(开通和关断)的时间内，输出电感上流过的电流是否为0来看，即在下一个桥臂的开关器件导通时，前一桥臂中的输出电感的电流已减小为0，此时为断续模式，否则为连续模式。

请参考图4，图4为本申请所提供的一种三相逆变器的控制方法的流程示意图，该控制方法包括：

步骤S11：在依次产生三相并网电流的其中一相并网电流时，控制与当前相并网电流对应的桥臂的开关器件导通，在当前相并网电流对应的桥臂的输出电感的电流达到给定电流值时，控制桥臂的开关器件关断；

步骤S12：通过与当前相并网电流对应的续流二极管进行续流，在输出电感的电流减小为0时，经过预设时间，返回步骤S11产生下一相并网电流；三相并网电流依次循环产生。

具体地，下面介绍本申请三相逆变器在断续模式下的三相输出，本申请中，无论是输出有功功率，还是输出无功功率，均是以三相输出电流过零点作为工作模态转换点。根据三相电流过零点，本申请逆变器可以分为6个工作模态，如图5所示。考虑到交流电网正负半周的对称性及三相交流电网的对称性，1、2、3工作模态如图6所示，4、5、6工作模态可以以此类推。本申请的三相四桥臂工作在断续模式时，按照三相交流电压电流的关系，依次导通与a相、b相和c相对应的开关管。其中，三相三个桥臂各自独立工作，共用第四桥臂。

以工作模态1工作区间为例，此时，本申请三相四桥臂拓扑工作状态如图7a～f，四桥臂驱动波形如图8所示。此时，Q1、Q2、Q7和Q8四个管子形成a相全桥电路，如图7a，Q1和Q8开通，其他开关管关闭，电感L1和L4产生相应的电感电流，当a相电网电流对应的电感电流达到给定的电流值时，Q1和Q8关闭，如图7b，电感电流经过Q2和Q7的体二极管(续流二极管)进行续流。在续流完成后(即电感电流为0)，开始产生b相电感电流，Q3、Q4、Q7和Q8四个开关管形成b相全桥电路，如图7c，Q4和Q7开通，其他开关管关闭，电感L2和L4产生相应的电感电流，当b相电网电流对应的电感电流达到给定的电流值时，Q4和Q7关闭，如图7d，电感电流经过Q3和Q8的体二极管进行续流。续流完成后，开始产生c相电感电流，Q5、Q6、Q7、Q8四个开关管形成c相全桥电路，如图7e，Q6和Q7开通，其他开关管关闭，电感L3和L4产生相应的电感电流，当c相电网电流对应的电感电流达到给定的电流值时，Q6和Q7关闭，如图7f，电感电流经过Q5和Q8的体二极管进行续流。接下来，继续产生a相电感电流，依次循环。

需要说明的是，该三相逆变器的控制器可以采用FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)控制器，根据给定电流与检测的电感电流控制开关管的导通和关断，当然，该三相逆变器的控制器也可以为其他，本申请在此不做限定。经过预设时间，这里的预设时间是为了保证下一相并网电流产生前，当前相电流对应的电感电流已减小为0，也就是说，电感电流在该预设时间段内不存在，并不是刚减小到零就控制下一相并网电流对应的开关器件导通。这里的预设时间可根据三相逆变器的工作情况设定，本申请在此不做限定。

本申请还提供了一种三相逆变器的控制方法，控制上述拓扑结构的三相逆变器在断续模式下工作，无需大的输出电感和电容，可以保证多机并联工作的系统的稳定性。

对于本申请提供的一种三相逆变器的控制方法的介绍请参照上述三相逆变器的实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。