两级逆变器电路

逆变器中提到的两电平逆变器,三电平逆变器中的电平是什么

在逆变器中，电平概念指的是用于信号传输或能量转换的电压级别。两电平逆变器设计简洁，仅提供两种电压级别：高或低，适用于低成本应用。相比之下，三电平逆变器提供三种电压级别，通过引入电压中点，实现更精细的电压控制，如图所示。

三电平逆变器相比两电平逆变器，在系统层面拥有显著优势：

1. **损耗减少、开关频率提升、成本降低**：例如在NPC1拓扑中，开关器件的电压降低至原来的一半，大幅降低了器件的开关损耗。提升开关频率后，可以减小输出滤波器的体积和成本。在功率等级不变的情况下，通过提高母线电压，可以减小输出端电流，降低输出线缆成本。

2. **器件可靠性提升**：在相同电压等级的系统中，三电平拓扑中的器件承受的阻断电压更低，从而提升了器件的可靠性。

3. **改善电磁干扰（EMI）**：三电平逆变器在开关过程中的dv/dt显著降低，有效改善了系统的电磁干扰。

尽管三电平逆变器存在器件成本增加、控制算法复杂度提升、损耗分布不均和中点电位波动等挑战，但其独特优势使得其在光伏、储能、UPS、APF等众多应用领域得到了广泛使用。下面将详细介绍常见的三电平拓扑：

- **NPC1拓扑**：通过优化电流路径和零电平换流机制，实现了损耗分布的优化和EMI的改善。在逆变工况中，NPC1的损耗主要集中在T1/T4管，而在整流工况中，主要损耗集中在T2/T3管和D5/D6管。仿真结果显示，在高频系统中，NPC1拓扑效率更优。

- **NPC2拓扑**：相较于NPC1，NPC2减少了二极管的数量，采用共射极或共集电极的IGBT和反并联二极管取代钳位二极管，从而降低了损耗，提高了中低开关频率下的系统效率。仿真表明，当电流等级和耐压相同，NPC2拓扑在中低开关频率下的总损耗低于NPC1拓扑。

- **ANPC拓扑**：通过替换钳位二极管为IGBT和反并联二极管，ANPC拓扑进一步优化了损耗分布，通过选择不同的零电平换流路径，实现了更均衡的损耗控制。ANPC的调制算法（ANPC-1、ANPC-2和ANPC-1-00）分别针对不同的损耗特性进行了优化。

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光伏发电站逆变器输出电压等级

大型光伏电站一般采用多级升压模式（一般为两级），集中式逆变器交流输出电压一般为315V左右，组串式逆变器交流输出一般为380/400V左右，这么低的电压不可能直接并网发电。原因一：对于大型太阳能项目有很多逆变器，低压直接并网导致并网点特别多，不利于电能计量和电网的稳定；

原因二：对于MW级的太阳能项目，如果采用低压并网，电流特别大，不利于原则轻型的开关设备。

但是大型的并网太阳能项目并网电压一般选择110kV或者220kV，考虑到设备的制造水平和制造成本，不会采用一次直接升压。所以，就有了中压集电线路。一般来讲，中压集电线路的电压等级可以任意确定，但是要和国内现有配电系统的电压等级相匹配，比如10kV,24kV,35kV，这是为了方便设备选型和降低设备本身的生产成本，一般常用的是10kV和35kV。

具体采用10kV，还是35kV需要综合比较，总的来讲，集电电路选用35kV时，整个系统的电流会降低，导线截面会变小，而10kV和35kV系统绝缘的成本差不多，如果采用非环形集电线路，35kV系统一路可以汇集20~25MW，10kV系统只能汇集7~9MW，10kV集电线路系统电缆的长度会远远大于35kV集电线路系统。

所以，计及电缆敷设成本、电缆及电缆头的采购成本、中压开关柜的采购成本、无功补偿装置采购成本、运输和储存等因素，大型光伏发电系统的中压电压等级一般选用35kV，而不是10kV。10MWp以下的太阳能项目也有选用的10kV并网的，所以需要综合考虑各方面因素。

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