[發明專利]一種基于微型儲能單元的模塊化多電平逆變器

在審

• 申請號: 202010135071.8
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111245269A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 王青松;洪周良;鄧富金;程明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發明公開了一種基于微型儲能單元的模塊化多電平逆變器，包含四個完全相同的橋臂和一個負載；所述四個橋臂分為完全相同的兩組，每組均是由兩個橋臂串聯而成，兩組之間首尾相連；每個所述橋臂包含N個儲能子模塊；所述儲能子模塊包括第一和第二功率開關器件、第一和第二二極管、鋰電池。本發明可以有效解決現有的多電平逆變器存在電容均壓、輸出電平數少、輸入側設備電壓高等問題。

技術領域

本發明涉及一種基于微型儲能單元的模塊化多電平逆變器，屬于電力電子變換器技術領域。

背景技術

當今世界，多電平變換技術越來越得到廣泛應用成為電力電子技術的一個熱點，是在大功率電力電子器件的耐壓值和耐流值不能滿足應用要求的情況下產生的，而且模塊化多電平技術又有很多特有的優勢得到很多人的關注。雖然電力電子器件種類不斷更新、制造水平不斷提高、產品的耐壓值和耐流值不斷提高，但是傳統的兩電平拓撲結構電壓型逆變器仍難以實現現在人們對功率大，電壓高和頻率高的急切的需求。

為了解決上述問題，學者們已經提出了二極管箝位型多電平逆變器、飛跨電容型多電平逆變器、級聯型多電平逆變器等多種不同拓撲結構的多電平逆變器。但是，現有的多電平逆變器的研究仍然存在一系列的問題。比如逆變器的電容均壓問題，這需要學者們采取一系列的控制策略與措施去解決，顯然這增加了逆變器正常運行的復雜性。又比如模塊化多電平逆變器模塊數量少的問題，此類逆變器輸出的電平數與模塊數成正相關，模塊數量少直接導致輸出電平數較少，進而導致低頻諧波增加。此外，如果此類逆變器運用于大功率、高電壓的場合，對功率開關器件的耐壓、耐流要求將較高，進而增加了系統設計的成本。又比如多電平逆變器輸入側需要接輸出高電壓的直流設備，這顯然增加了逆變器的體積和成本，降低了逆變器運用的便捷性，不僅如此，所接的高電壓設備也會加大操作的危險性。

發明內容

技術問題：目前現有的多電平逆變器存在電容均壓、輸出電平數少、輸入側設備電壓高等問題，針對這一系列問題，提出一種基于微型儲能單元的模塊化多電平逆變器，該逆變器的儲能單元中不存在電容進而不存在電容均壓問題，并且每橋臂模塊數可達幾十上百個進而使得輸出的電平數較多，輸入側電壓直接由每個儲能模塊提供進而不需要高電壓的設備，提高了逆變器的安全性。

技術方案：一種基于微型儲能單元的模塊化多電平逆變器，所述模塊化多電平變換器包含四個完全相同的橋臂和一個負載；所述四個橋臂分為完全相同的兩組，每組均是由兩個橋臂串聯而成，兩組之間首尾相連；每個所述橋臂包含N個儲能子模塊；所述儲能子模塊包括第一和第二功率開關器件、第一和第二二極管、鋰電池；所述第一功率開關管發射極分別與第二功率開關管集電極和儲能子模塊輸出的正極相連；所述鋰電池的正極與第一功率開關管的集電極相連；所述第二功率開關管的發射極分別與鋰電池的負極和儲能子模塊輸出的負極相連；所述第一二極管的正極與第一功率開關管的發射極相連；所述第一二極管的負極與第一功率開關管的集點極相連；所述第二二極管的正極與第二功率開關管的發射極相連；所述第二二極管的負極與第二功率開關管的集點極相連；所述負載一端與一組串聯橋臂的中點相連，另一端與另一組串聯橋臂的中點相連。

作為本發明的優選方案，所述四個完全相同的橋臂均是由N個完全相同的儲能子模塊串聯而成，進而所述逆變器的輸出電平數較多。所述逆變器模塊輸入側的直流電是由儲能子模塊提供，所述儲能子模塊的輸出電壓是由低電壓等級的鋰電池E的端電壓通過控制兩個帶有反并聯二極管的功率開關管的開通與關斷來提供。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：

1、不存在電容均壓問題

現有的模塊化多電平逆變器的各個模塊中均含有電容，因而需要采取相應的控制策略來實現電容的均壓，而本逆變器的各個儲能單元均沒有采用電容，直流側采用的是鋰電池，因此無需解決電容均壓的問題；

2、實際儲能單元更多