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光伏三相逆变器系列(二):INPC拓扑在光伏逆变器中工作过程及原理
来源:Arrow 发布:2023/12/05 浏览量:171

INPC拓扑结构,一般的,INPC由4个IGBT和4个体二极管加2个续流二极管组成,INPC能承受VDSmax=1500V。INPC拓扑输出电流方向:INPC输出三相交流电流ia, ib, ic, 电流方向只有正负,不允许ia, ib, ic同时为正和同时为负。

INPC拓扑结构,一般的,INPC4IGBT4个体二极管加2个续流二极管组成,INPC能承受VDSmax=1500V,参考图1INPC拓扑输出电流方向:INPC输出三相交流电流ia, ib, ic, 电流方向只有正负,不允许ia, ib, ic同时为正和同时为负。以下为电流流向所有可能发生的状态,参考图2

 

1 INPC拓扑结构

 

图2 INPC拓扑结构电流流向所有可能发生的状态  

 
INPC三相交流电压Ua, Ub, Uc, 电压方向只有正(1), 负(-1) , 0,  以下为电压所有可能发生的状态,Q=3*3*3=27,正常允许状态为27种,参考图3。

 

图3 INPC 输出电压方向可能状态

 

INPCIGBT规格选型,如图4,四个电源端子将模块连接到ACDC-linkDC+DC-N(中性)。所述DC-link分裂为两个对称的半连在一起的串联部分;上半部分连接DC+N,下半部分连接NDC-。滤波电容C1, C2, 主要功能是滤平输入电路的电压纹波,当负载变化时,使直流电压平稳。

 

3L INPC应用中,当母线电压最大DC-link电压是800 VDCIGBT选型使用650V IGBT,当母线电压1500 VDCIGBT选型使用1200V IGBT,当母线电压2400 VDCIGBT选型使用1700V IGBT  

 

图4 INPC拓扑图

 

INPC允许/潜在性的破坏性/破坏性的工作状态:

 

INPC允许的工作状态:

  1. 所有的IGBTs处于关断状态
  2. 每个T2T3可能单独开启
  3. 每两个相邻的IGBTs开启 (T1/T2, T2/T3, T3/T4)

 

INPC潜在性的破坏性状态:

  1. T1T4单独或同时开启或强迫开启
  2. 两个不相邻 IGBTs开启 (T1/T3T2/T4)
  3. 潜在性的破坏性结果取决于应用于其他阶段分支模块的切换模式

 

INPC破坏性状态:

  1. 两个相邻及连续三个IGBTs开启,会导致一个关断的IGBT要承受母线的耐压而造成击穿
  2. 不相邻IGBTs开启(T1/T2/T4 → DC-link电压适用于T3T3击穿;T1/T3/T4 → DC-link电压适用于T2击穿)
  3. 四个IGBTs开启→DC+ DC-N短路

 

INPC4个工作过程如下:

工作过程1,开关在T1D5之间来回变化;当T1接通时,电流从直流DC+通过T1T2流向交流端子。T1关断时,电流向箝位二极管D5换向;现在电流从N经过D5,从T2ACT2一直开着。模块的上半部分电压电流波形如图5所示,电压和电流都是正的。

 

5 INPC工作过程1示意图

 

工作过程2,在模块的上半部分的D5/T2和下半部分的D3/D4之间来回转换。如图6所示。  

 

现在电流从N经过D5,从T2ACT2一直开着。DC- 经过T3/T4的体二极管到AC。整个设备的这种换向是由于在工作区域中电流仍然是正的(从DC-link流向负载),而输出电压是负的。

 

6 INPC工作过程2示意图

 

工作过程3,换相路径在模块下半部分的工作区域3处于活动状态,如图7所示。输出电流和电压为负。换相在T4D6之间来回;只要T4接通电源,电流就从T3T4的交流端子流向DCT4断路时,电流向箝位二极管D6换向;新的传导路径是从AC经过T3D6NT3一直处于开启状态。

 

7 INPC工作过程3示意图

 

工作过程4,负电流的长换相路径在整个器件的下半部分的D6/T3和上半部分的D1/D2之间来回变化,如图8所示。

 

AC经过T3D6DC-T3关断后再转到AC经过T1/T2的体二极管回到DC+。工作区域4的长换向带有负的输出电流(从交流输出)端子朝向DC-link)和正电压。

 

8 INPC工作过程4示意图

             

总结:上文介绍了INPC拓扑工作过程及原理。INPC拓扑主要应用于工商业/电厂三相逆变器,支持1100V/1500V的直流母线,应用功率范围可以覆盖100KW-500KW

光伏 功率器件
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