本發(fā)明屬于電氣自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的，涉及一種具有儲(chǔ)能功能的模塊化多電平變流器拓?fù)洹?/p>

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有的技術(shù)中，具有儲(chǔ)能功能的子模塊將電池直接并聯(lián)在子模塊電容旁，使得電池承受一倍工頻和二倍工頻的脈動(dòng)電流，對(duì)電池的高效運(yùn)行和全壽命周期成本不利；同時(shí)，實(shí)際工況中子模塊電容電壓一般大于1500v電壓等級(jí)，以鋰離子電池為代表的高倍率電池，基于電池荷電狀態(tài)均衡和故障保護(hù)的原因，從成本和安全考慮，很難達(dá)到如此高的串聯(lián)電壓。

經(jīng)檢索，公開號(hào)為104917418a的中國專利申請(qǐng)，該發(fā)明提供了一種采用電池電流獨(dú)立控制的儲(chǔ)能型模塊化多電平變流器，其子模塊包括：一個(gè)半橋模塊、一個(gè)支撐電容和一個(gè)儲(chǔ)能電池。通過對(duì)電池電流的獨(dú)立控制，提高電池利用率和使用壽命。

公開號(hào)為103580050a的中國專利申請(qǐng)，該發(fā)明涉及一種大功率模塊化多電平鋰電池儲(chǔ)能變流器裝置，其子模塊為h橋型儲(chǔ)能變流器模塊。通過利用子模塊數(shù)量降低電池電壓等級(jí)的方式實(shí)現(xiàn)大功率儲(chǔ)能。

上述專利不能解決電池電壓等級(jí)的問題，使用的子模塊多且不能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，同時(shí)電池電壓較低；其次，上述專利提出的子模塊結(jié)構(gòu)都采用電池并聯(lián)在直流電容旁的方案，電池必然會(huì)承受一倍工頻和二倍工頻的脈動(dòng)電流，對(duì)電池的高效運(yùn)行和全壽命周期成本不利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種從拓?fù)渖咸岣唠姵貕勖c利用率，并為新能源系統(tǒng)提供慣性的儲(chǔ)能型模塊化多電平變流器拓?fù)洹?/p>

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種具有儲(chǔ)能功能的模塊化多電平變流器拓?fù)洌ㄈ齻€(gè)相單元，每個(gè)相單元均包括上橋臂、下橋臂、上橋臂電感、下橋臂電感；其中：

所述上橋臂的正極端作為相單元的直流出線正極端；所述上橋臂的負(fù)極端與所述上橋臂電感的一端相連；所述上橋臂電感的另一端與所述下橋臂電感的一端相連，作為相單元的交流出線端，并串聯(lián)電抗器連接到電網(wǎng)；所述下橋臂電感的另一端與所述下橋臂的正極端相連；所述下橋臂的負(fù)極端作為相單元的直流出線負(fù)極端；三個(gè)相單元中的所述上橋臂、所述下橋臂均由半橋子模塊和類全橋儲(chǔ)能子模塊混合串聯(lián)而成。

優(yōu)選地，所述的三個(gè)相單元中：

所述上橋臂中的半橋子模塊的數(shù)量與所述下橋臂中的半橋子模塊的數(shù)量相同；

所述上橋臂中的類全橋儲(chǔ)能子模塊的數(shù)量與所述下橋臂中的類全橋儲(chǔ)能子模塊的數(shù)量相同。

優(yōu)選地，所述的半橋子模塊，包括：第一直流電容器，第一可控開關(guān)器件、第二可控開關(guān)器件，以及第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管；其中：

所述第一可控開關(guān)器件、所述第二可控開關(guān)器件的集電極分別與所述第一續(xù)流二極管、所述第二續(xù)流二極管的陰極相連；所述第一可控開關(guān)器件、所述第二可控開關(guān)器件的發(fā)射極分別與所述第一續(xù)流二極管、所述第二續(xù)流二極管的陽極相連；所述第一可控開關(guān)器件的集電極與所述第一直流電容器的陽極相連；所述第二可控開關(guān)器件的發(fā)射極與所述第一直流電容器的陰極相連；所述第一可控器件、第二可控器件的柵極均與控制電路相連。

優(yōu)選地，所述的類全橋儲(chǔ)能子模塊，包括：第二直流電容器，電池，電池電感、第三可控開關(guān)器件、第四可控開關(guān)器件、第五可控開關(guān)器件、第六可控開關(guān)器件，以及第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管、第六續(xù)流二極管；其中：

所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的集電極分別與所述第三續(xù)流二極管、所述第四續(xù)流二極管、所述第五續(xù)流二極管、所述第六續(xù)流二極管的陰極相連；所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的發(fā)射極分別與所述第三續(xù)流二極管、所述第四續(xù)流二極管、所述第五續(xù)流二極管、所述第六續(xù)流二極管的陽極相連；所述第三可控開關(guān)器件的集電極與所述第二直流電容器的陽極相連；所述第四可控開關(guān)器件的發(fā)射極與所述第二直流電容器、所述電池的陰極相連；所述第三可控開關(guān)器件的發(fā)射極作為類全橋儲(chǔ)能子模塊的正極端；所述第五可控開關(guān)器件的發(fā)射極與所述電池電感的一端相連并作為類全橋儲(chǔ)能子模塊的負(fù)極端；所述電池電感的另一端與所述電池的陽極相連；所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的柵極均與控制電路相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明具有儲(chǔ)能功能的模塊化多電平變流器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過類全橋儲(chǔ)能子模塊的設(shè)計(jì)，為新能源系統(tǒng)增加慣性，并且儲(chǔ)能所用的電池充放電電流平滑，電壓等級(jí)較低，保障了電池的高效運(yùn)行和安全性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的拓?fù)鋱D；

圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的半橋子模塊電路圖；

圖3為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的類全橋儲(chǔ)能子模塊電路圖；

圖4中a、b、c、d分別為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的正常工況半橋子模塊、類全橋子模塊的調(diào)制波與總的等效輸出電壓示意圖；

圖5中a、b、c分別為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的正常工況下橋臂電流、半橋子模塊等效輸出電壓與半橋子模塊功率脈動(dòng)情況示意圖；

圖6中a、b、c分別為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的正常工況下橋臂電流、類全橋儲(chǔ)能子模塊等效輸出電壓與類全橋儲(chǔ)能子模塊功率脈動(dòng)情況示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種具有儲(chǔ)能功能的模塊化多電平變流器拓?fù)?，包括三個(gè)相單元；每個(gè)相單元x(x＝a，b，c)均包括上橋臂、下橋臂、上橋臂電感l(wèi)xp、下橋臂電感l(wèi)xn；其中：

所述上橋臂的正極端作為相單元的直流出線正極端；所述上橋臂的負(fù)極端與所述上橋臂電感l(wèi)xp的一端相連；所述上橋臂電感l(wèi)xp的另一端與所述下橋臂電感l(wèi)xn的一端相連，作為相單元的交流出線端，其電壓為vx，并串聯(lián)電抗器ltx連接到電網(wǎng)，其電壓為vsx；所述下橋臂電感l(wèi)xn的另一端與所述下橋臂的正極端相連；所述下橋臂的負(fù)極端作為相單元的直流出線負(fù)極端；

所述三個(gè)相單元中的上橋臂、下橋臂均由半橋子模塊和類全橋儲(chǔ)能子模塊混合串聯(lián)而成；子模塊xyi(x＝a，b，c；y＝p,n；i＝1，2……n，其中p代表上，n代表下)代表x相y橋臂的第i個(gè)子模塊。ix指x相交流側(cè)電流，ixy指x相y橋臂的電流，vxy指x相y橋臂所有子模塊輸出的電壓和，id指直流側(cè)電流，vdc指直流側(cè)電壓。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，如圖2所示，所述的半橋子模塊，包括：第一直流電容器c1，第一可控開關(guān)器件s1、第二可控開關(guān)器件s2，以及第一續(xù)流二極管d1、第二續(xù)流二極管d2；其中：

所述第一可控開關(guān)器件s1的集電極、所述第二可控開關(guān)器件s2的集電極分別與所述第一續(xù)流二極管d1的陰極、所述第二續(xù)流二極管d2的陰極相連；所述第一可控開關(guān)器件s1的發(fā)射極、所述第二可控開關(guān)器件s2的發(fā)射極分別與所述第一續(xù)流二極管d1的陽極、所述第二續(xù)流二極管d2的陽極相連；所述第一可控開關(guān)器件s1的集電極還與所述第一直流電容器c1的陽極相連；所述第二可控開關(guān)器件s1的發(fā)射極還與所述第一直流電容器c1的陰極相連；所述第一可控開關(guān)器件s1的柵極、第二可控開關(guān)器件s2的柵極均與控制電路相連。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，如圖3所示，所述的類全橋儲(chǔ)能子模塊，包括：第二直流電容器c2，電池，電池電感l(wèi)，第三可控開關(guān)器件s3、第四可控開關(guān)器件s4、第五可控開關(guān)器件s5、第六可控開關(guān)器件s6，以及第三續(xù)流二極管d3、第四續(xù)流二極管(d4)、第五續(xù)流二極管d5、第六續(xù)流二極管d6；其中：

所述第三可控開關(guān)器件s3的集電極、所述第四可控開關(guān)器件s4的集電極、所述第五可控開關(guān)器件s5的集電極、所述第六可控開關(guān)器件s6的集電極分別與所述第三續(xù)流二極管d3的陰極、所述第四續(xù)流二極管d4的陰極、所述第五續(xù)流二極管d5的陰極、所述第六續(xù)流二極管d6的陰極相連；所述第三可控開關(guān)器件s3的發(fā)射極、所述第四可控開關(guān)器件s4的發(fā)射極、所述第五可控開關(guān)器件s5的發(fā)射極、所述第六可控開關(guān)器件s6的發(fā)射極分別與所述第三續(xù)流二極管d3的陽極、所述第四續(xù)流二極管d4的陽極、所述第五續(xù)流二極管d5的陽極、所述第六續(xù)流二極管d6的陽極相連；所述第三可控開關(guān)器件s3的集電極還與所述第二直流電容器c2的陽極相連；所述第四可控開關(guān)器件s4的發(fā)射極還與所述第二直流電容器c2的陰極、所述電池的陰極相連；所述第三可控開關(guān)器件s3的發(fā)射極還作為所述類全橋儲(chǔ)能子模塊的正極端；所述第五可控開關(guān)器件s5的發(fā)射極還與所述電池電感l(wèi)的一端相連并作為所述類全橋儲(chǔ)能子模塊的負(fù)極端；所述電池電感l(wèi)的另一端與所述電池的陽極相連；所述第三可控開關(guān)器件s3的柵極、所述第四可控開關(guān)器件s4的柵極、所述第五可控開關(guān)器件s5的柵極、所述第六可控開關(guān)器件s6的柵極均與控制電路相連。

如圖4中a、b、c、d所示，分別為一優(yōu)選實(shí)施例的下橋臂半橋子模塊、類全橋儲(chǔ)能子模塊的調(diào)制波與總的等效輸出電壓示意圖；記調(diào)制波為正弦的橋臂為mmc橋臂(如圖4中(c)所示)，調(diào)制波為直流的橋臂為儲(chǔ)能橋臂(如圖4中(d)所示)；其中：mdc-hb、mac-hb分別為半橋子模塊上管調(diào)制比的直流分量和交流分量峰值,mdc-fb，mac-fb分別為類全橋儲(chǔ)能子模塊mmc橋臂上管調(diào)制比的直流分量和交流分量峰值，mb為類全橋儲(chǔ)能子模塊儲(chǔ)能橋臂的調(diào)制比；通過半橋子模塊與類全橋儲(chǔ)能子模塊共同輸出帶偏置的交流分量，可以支撐起直流電壓與交流電壓(相電壓峰值為vs)。

如圖5中a、b、c所示，分別為下橋臂電流、半橋子模塊等效輸出電壓與半橋子模塊功率脈動(dòng)情況示意圖；下橋臂電流中直流分量為交流分量為vc為電容電壓的直流均值。通過圖形觀察可以發(fā)現(xiàn)，選取合適的調(diào)制比能讓半橋子模塊的功率波動(dòng)在一個(gè)工頻周期內(nèi)平衡，從而半橋子模塊穩(wěn)定工作。

如圖6中a、b、c所示，分別為下橋臂電流、類全橋儲(chǔ)能子模塊等效輸出電壓與類全橋儲(chǔ)能子模塊功率脈動(dòng)情況示意圖；下橋臂電流中直流分量為交流分量峰值為vc為電容電壓的直流均值。通過圖形觀察可以發(fā)現(xiàn)，選取合適的調(diào)制比能讓類全橋儲(chǔ)能子模塊的功率波動(dòng)在一個(gè)工頻周期內(nèi)的平均值等于電池存儲(chǔ)或釋放的功率，從而類全橋儲(chǔ)能子模塊穩(wěn)定工作。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。