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光伏三相逆变器系列(三):TNPC拓扑在光伏逆变器中工作过程及原理
来源:Arrow 发布:2024/01/09 浏览量:134

TNPC拓扑结构:一个3L的TNPC相位分支仅由8个功率管组成,4个IGBT(T1 - T4)和4个反平行自由二极管(FWD;D1 - D4)。作为一个3L NPC,TNPC连接到DC+,N和DC-的分裂DC-链路,输出终端提供交流输出。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。

TNPC拓扑结构:一个3LTNPC相位分支仅由8个功率管组成,4IGBTT1 - T4)和4个反平行自由二极管(FWDD1 - D4)。作为一个3L NPCTNPC连接到DC+NDC-的分裂DC-链路,输出终端提供交流输出。滤波电容C1C2,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,参考图1

 

TNPC的内开关/外开关需要承受的耐压:在3L TNPC拓扑功率管中使用不同击穿电压:T1T4(称为外开关)需要承受全DC-link电压。内部开关(T2T3)连接AC到中性点,必须能够阻挡一半的直流链路电压。在3LTNPC拓扑中,传导路径要么是通过一个高阻功率管(外开关),要么是通过两个串联的低阻功率管(内开关),参考图2

 

TNPC输出电压方向:三相交流电压UaUbUc,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,如下表。

 

1 三相T型拓扑图

 

2 TNPC拓扑图

 

TNPC中的横管竖管的开关可能发生的状态,T1-T4允许及破坏性的工作状态,如图3

 

3 TNPC拓扑开关状态

 

允许的工作状态:

  1. 所有IGBT处于关断状态,单管IGBTs可能单独开启
  2. 两个相邻IGBT 开启,例如T1/T2T2/T3 T3/T4

 

破坏性的工作状态:

  1. 两个不相邻 IGBTs,开启T1/T3 → DC-link的上半部分短路
  2. 开启T2/T4→DC-link下半部分短路;开启T1/T4→短路DC+DC-
  3. 3个不相邻 IGBTs开启
  4. 4IGBTs 开启 → DC+DC- N短路

 

主要开关的工作过程:

工作区域1,如图4所示:在工作区域1输出电压和电流是正的,电流流向交流终端,交流在T1T2 / D3中间来回切换,电流通过T1DC+流向交流端子,接通T1。 当T1关闭时,电流向内层交换开关T2 / D3,电流从N流过T2T3的体二极管D3AC

 

4 TNPC工作区域1示意图

 

工作区域2,如图5所示:在工作区域2输出电流仍为电压为负时为正,它在内部开关之间来回交换T2/D3和二极管D4,电流从N经过T2T3的体二极管D3流向AC,下个阶段为DC-流向T4的体二极管D4AC

 

5 TNPC工作区域2示意图

 

工作区域3,如图6所示:工作区3的传导路径,电流在T4与内部电路之间转换开关T3 / D2,电流从交流端子流出,电流和电压为负。AC经过T3T2的体二极管D2流向N,下一阶段为AC经过T4流向DC-

 

6 TNPC工作区域3示意图

 

工作区域4,如图7所示:电流在内部开关T3/D2和二极管D1之间来回交换。在工作区域4,输出电流为负,电压为正。AC经过T3T2的体二极管D2流向N,下一阶段为AC经过T1D1流向DC+

 

7 TNPC工作区域4示意图

 

总结:TNPC拓扑主要应用于家储/工商业三相逆变器/UPS,支持1100V的直流母线,应用功率范围为10-100KW

光伏 新能源
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