[发明专利]一种基于微型储能单元的模块化多电平逆变器

说明书

本发明公开了一种基于微型储能单元的模块化多电平逆变器，包含四个完全相同的桥臂和一个负载；所述四个桥臂分为完全相同的两组，每组均是由两个桥臂串联而成，两组之间首尾相连；每个所述桥臂包含N个储能子模块；所述储能子模块包括第一和第二功率开关器件、第一和第二二极管、锂电池。本发明可以有效解决现有的多电平逆变器存在电容均压、输出电平数少、输入侧设备电压高等问题。

技术领域

本发明涉及一种基于微型储能单元的模块化多电平逆变器，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

当今世界，多电平变换技术越来越得到广泛应用成为电力电子技术的一个热点，是在大功率电力电子器件的耐压值和耐流值不能满足应用要求的情况下产生的，而且模块化多电平技术又有很多特有的优势得到很多人的关注。虽然电力电子器件种类不断更新、制造水平不断提高、产品的耐压值和耐流值不断提高，但是传统的两电平拓扑结构电压型逆变器仍难以实现现在人们对功率大，电压高和频率高的急切的需求。

为了解决上述问题，学者们已经提出了二极管箝位型多电平逆变器、飞跨电容型多电平逆变器、级联型多电平逆变器等多种不同拓扑结构的多电平逆变器。但是，现有的多电平逆变器的研究仍然存在一系列的问题。比如逆变器的电容均压问题，这需要学者们采取一系列的控制策略与措施去解决，显然这增加了逆变器正常运行的复杂性。又比如模块化多电平逆变器模块数量少的问题，此类逆变器输出的电平数与模块数成正相关，模块数量少直接导致输出电平数较少，进而导致低频谐波增加。此外，如果此类逆变器运用于大功率、高电压的场合，对功率开关器件的耐压、耐流要求将较高，进而增加了系统设计的成本。又比如多电平逆变器输入侧需要接输出高电压的直流设备，这显然增加了逆变器的体积和成本，降低了逆变器运用的便捷性，不仅如此，所接的高电压设备也会加大操作的危险性。

发明内容

技术问题：目前现有的多电平逆变器存在电容均压、输出电平数少、输入侧设备电压高等问题，针对这一系列问题，提出一种基于微型储能单元的模块化多电平逆变器，该逆变器的储能单元中不存在电容进而不存在电容均压问题，并且每桥臂模块数可达几十上百个进而使得输出的电平数较多，输入侧电压直接由每个储能模块提供进而不需要高电压的设备，提高了逆变器的安全性。

技术方案：一种基于微型储能单元的模块化多电平逆变器，所述模块化多电平变换器包含四个完全相同的桥臂和一个负载；所述四个桥臂分为完全相同的两组，每组均是由两个桥臂串联而成，两组之间首尾相连；每个所述桥臂包含N个储能子模块；所述储能子模块包括第一和第二功率开关器件、第一和第二二极管、锂电池；所述第一功率开关管发射极分别与第二功率开关管集电极和储能子模块输出的正极相连；所述锂电池的正极与第一功率开关管的集电极相连；所述第二功率开关管的发射极分别与锂电池的负极和储能子模块输出的负极相连；所述第一二极管的正极与第一功率开关管的发射极相连；所述第一二极管的负极与第一功率开关管的集点极相连；所述第二二极管的正极与第二功率开关管的发射极相连；所述第二二极管的负极与第二功率开关管的集点极相连；所述负载一端与一组串联桥臂的中点相连，另一端与另一组串联桥臂的中点相连。

作为本发明的优选方案，所述四个完全相同的桥臂均是由N个完全相同的储能子模块串联而成，进而所述逆变器的输出电平数较多。所述逆变器模块输入侧的直流电是由储能子模块提供，所述储能子模块的输出电压是由低电压等级的锂电池E的端电压通过控制两个带有反并联二极管的功率开关管的开通与关断来提供。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1、不存在电容均压问题

现有的模块化多电平逆变器的各个模块中均含有电容，因而需要采取相应的控制策略来实现电容的均压，而本逆变器的各个储能单元均没有采用电容，直流侧采用的是锂电池，因此无需解决电容均压的问题；

2、实际储能单元更多