[發(fā)明專利]一種級(jí)聯(lián)型單級(jí)雙向DC-AC變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711294966.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107994801A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳國(guó)柱;李新;邵雨亭;楊苒晨;胡耀威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/797
• 分類號(hào): H02M7/797;H02M1/14;H02J3/38
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 王琛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種級(jí)聯(lián)型單級(jí)雙向DC-AC變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在化石能源日益枯竭、環(huán)境問(wèn)題日益突出及氣候變暖的一系列問(wèn)題的影響下，以風(fēng)力發(fā)電、光伏等為主的可再生能源迅速發(fā)展，逐漸由低壓、小容量的分布式發(fā)電單元向中高壓、大功率、大容量的電站發(fā)展，但中高壓、大容量的可再生能源的利用仍面臨較為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。以光伏發(fā)電為例，受限于電力電子變流器電壓等級(jí)、容量等方面的限制，單變流器所連接的光伏電池板的容量對(duì)于百兆瓦級(jí)的光伏電站容量很小，需要采用“變流+匯流+升壓”或“變流+升壓+匯流”的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光伏電站的建立。除變流器數(shù)量較多、占用空間較大外，變流器并聯(lián)匯流將帶來(lái)一定程度的環(huán)流問(wèn)題，影響系統(tǒng)的安全性，模塊化級(jí)聯(lián)型變流裝置成為技術(shù)關(guān)鍵。

此外，大規(guī)模的可再生能源的功率輸出具有間歇性和不確定性，使其發(fā)電功率難以保證平穩(wěn)，直接接入將對(duì)電網(wǎng)調(diào)度調(diào)峰、優(yōu)化運(yùn)行以及電力系統(tǒng)的安全性和可靠性等造成不利影響，也因此我國(guó)主要的新能源發(fā)電地區(qū)發(fā)生了廣泛的“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象。有效解決途徑之一為在新能源系統(tǒng)中配備相當(dāng)?shù)闹懈邏骸⒋笕萘康膬?chǔ)能裝置，起到平抑波動(dòng)、短時(shí)削峰填谷和能量調(diào)度的作用，而受限于儲(chǔ)能電池單體的電壓、容量，中高壓、大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)的建立亟需能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功功率補(bǔ)償以及有功功率雙向調(diào)節(jié)的統(tǒng)一功率變流裝置。

針對(duì)上述問(wèn)題，目前使用較多的為基于模塊化的級(jí)聯(lián)型變流裝置，其中以級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主，但在H橋拓?fù)湓趯?shí)現(xiàn)功率變換過(guò)程中，直流側(cè)母線上將流過(guò)幅值較大的兩倍基波頻率的功率脈動(dòng)；而較大幅值的脈動(dòng)在降低光伏電池以及儲(chǔ)能電池的使用壽命的同時(shí)，也將使光伏電站或儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性、可靠性較大程度地降低，增加了系統(tǒng)的整體成本和安全隱患。此外，目前大多采用DC-DC+DC-AC的兩級(jí)變換技術(shù)方案，前級(jí)DC-DC實(shí)現(xiàn)對(duì)兩倍基波頻率的功率脈動(dòng)進(jìn)行抑制，但這種方法對(duì)功率脈動(dòng)的抑制效果有限，且增加了大量的功率開(kāi)關(guān)管和無(wú)源器件、降低了系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種級(jí)聯(lián)型單級(jí)雙向DC-AC變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)單機(jī)裝置的中高壓/大容量化，同時(shí)消除級(jí)聯(lián)H橋型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流側(cè)存在的較大幅值的功率脈動(dòng)，整體減小了裝置的占用空間，提高了能量轉(zhuǎn)換效率。

一種級(jí)聯(lián)型單級(jí)雙向DC-AC變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為單相或三相結(jié)構(gòu)且任一相均由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊級(jí)聯(lián)而成；所述子模塊包括一個(gè)有源電力彈簧、一個(gè)直流母線電容和一個(gè)H橋型DC-AC變流器，所述有源電力彈簧的兩端以及H橋型DC-AC變流器的直流側(cè)均與直流母線電容相并聯(lián)，所述直流母線電容的正負(fù)極外接對(duì)應(yīng)的直流輸入電源；各子模塊通過(guò)H橋型DC-AC變流器交流側(cè)兩個(gè)輸出端口依次串聯(lián)，串聯(lián)后的一端連接濾波電感后作為該相的第一輸出端，串聯(lián)后的另一端作為該相的第二輸出端。

進(jìn)一步地，所述有源電力彈簧包括兩個(gè)帶反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管S₁～S₂、電感L_es和電容C_es；其中，電感L_es的一端與直流母線電容的正極相連，電感L_es的另一端與功率開(kāi)關(guān)管S₁的集電極以及功率開(kāi)關(guān)管S₂的發(fā)射極相連，功率開(kāi)關(guān)管S₂的集電極與電容C_es的正極相連，功率開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極與電容C_es的負(fù)極以及直流母線電容的負(fù)極相連，功率開(kāi)關(guān)管S₁和S₂的基極分別接外部設(shè)備提供的一對(duì)相位互補(bǔ)的開(kāi)關(guān)信號(hào)。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述級(jí)聯(lián)型單級(jí)雙向DC-AC變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為三相結(jié)構(gòu)時(shí)，三相的第二輸出端以Y型方式連接。