三電平儲能變流器的制造方法
【專利摘要】本申請一種三電平儲能變流器，涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，通過采用回饋式三電平DC/DC單元，使得本申請的三電平儲能變流器具有四象限運(yùn)行功能，在穩(wěn)定直流濾波電容中點(diǎn)電壓的同時(shí)，還能提高系統(tǒng)的效率；而設(shè)置的采用交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路，則能夠大大減小直流側(cè)的電流波紋；另外，由于本申請三電平儲能變流器中的T型三電平四橋臂DC/AC單元中的第四橋臂未與上述直流濾波電容中點(diǎn)連接，進(jìn)而可進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的電壓利用率，同時(shí)還能有效的抑制不平衡負(fù)載帶來的不平衡電壓。
【專利說明】三電平儲能變流器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種三電平儲能變流器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對于能源的需求越來越高，尤其是清潔能源(如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電及水力發(fā)電等)的開發(fā)及利用，越來越受到人們的關(guān)注。
[0003]傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)電路中，一般采用四線制(即四個(gè)橋臂)連接方式，用于同時(shí)滿足三相負(fù)載和單相復(fù)雜的需求；但由于其抑制不平負(fù)載的電壓利用率低，且沒有四象限運(yùn)行的能力，同時(shí)直流-直流(DC/DC)模塊的電流波紋較大，嚴(yán)重影響儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明記載了一種三電平儲能變流器，包括:
[0005]儲能單元，用于存儲或釋放電能；
[0006]回饋式三電平DC/DC單元，與所述儲能單元電連接，以降低向所述儲能單元充放電時(shí)的電流波紋；
[0007]T型三電平四橋臂DC/AC單元，通過所述回饋式三電平DC/DC單元與所述儲能單元電連接；
[0008]濾波器，所述T型三電平四橋臂DC/AC單元通過所述濾波器與負(fù)載電連接；
[0009]其中，所述回饋式三電平DC/DC單元中設(shè)置有直流濾波電路，所述T型三電平四橋臂DC/AC單元包括第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂；所述第一橋臂、所述第二橋臂和所述第三橋臂均分別與所述直流濾波電路的電容中點(diǎn)連接，所述第四橋臂不與所述直流濾波電路的電容中電連接。
[0010]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述回饋式三電平DC/DC單元和所述T型三電平四橋臂DC/AC單元中均設(shè)置有若干功率開關(guān)單元。
[0011]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述功率開關(guān)單元為電力電子開關(guān)器件。
[0012]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述電力電子開關(guān)器件為IGBT 或 M0SFET。
[0013]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述回饋式三電平DC/DC單元還包括:
[0014]交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路，且該交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路包括相互交錯(cuò)并聯(lián)的第一電平支路、第二電平支路和第三電平支路；
[0015]所述第一電平支路與所述直流濾波電路的一端連接，所述第三電平支路與所述直流濾波電路的另一端連接，所述第二電平支路與所述直流濾波電路的電容中點(diǎn)連接。
[0016]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路包括第一電感、第二電感、第三電感、第四電感、第一功率開關(guān)單元、第二功率開關(guān)單元、第三功率開關(guān)單元、第四功率開關(guān)單元、第五功率開關(guān)單元、第六功率開關(guān)單元、第七功率開關(guān)單元、第八功率開關(guān)單元、第一電容和第二電容；
[0017]所述第一電感和所述第三電感并聯(lián)且一端均與所述儲能單元的高電平端連接，所述第一電感的另一端分別與所述第一功率開關(guān)單元的漏端和所述第三功率開關(guān)單元的源端電連接，所述第三電感的另一端分別與所述第五功率開關(guān)單元的漏端和所述第七功率開關(guān)單元的源端電連接；
[0018]所述第二電感和所述第四電感并聯(lián)且一端均與所述儲能單元的高低平端連接，所述第二電感的另一端分別與所述第四功率開關(guān)單元的漏端和所述第二功率開關(guān)單元的源端電連接，所述第四電感的另一端分別與所述第八功率開關(guān)單元的漏端和所述第六功率開關(guān)單元的源端電連接；
[0019]所述第三功率開關(guān)單元的漏端與所述第七功率開關(guān)單元的漏端電連接，所述第八功率開關(guān)單元的源端與所述第四功率開關(guān)單元的源端電連接，所述第一功率開關(guān)單元的源端分別與所述第二功率開關(guān)單元的漏端、所述第五功率開關(guān)單元的源端和所述第六功率開關(guān)單元的漏端電連接；
[0020]所述第三功率開關(guān)單元的漏端還依次通過串聯(lián)的所述第一電容和第二電容與所述第八功率開關(guān)單元的源端電連接，且位于所述第一電容和所述第二電容之間的電路上形成有所述電容中點(diǎn)，所述第一功率開關(guān)單元的源端與所述電容中點(diǎn)電連接。
[0021]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述T型三電平四橋臂DC/AC單元包括:第九功率開關(guān)單元、第十功率開關(guān)單元、第十一功率開關(guān)單元、第十二功率開關(guān)單元、第十三功率開關(guān)單元、第十四功率開關(guān)單元、第十五功率開關(guān)單元、第十六功率開關(guān)單元、第十七功率開關(guān)單元、第十八功率開關(guān)單元、第十九功率開關(guān)單元、第二十功率開關(guān)單元、第二一功率開關(guān)單元和第二二功率開關(guān)單元；
[0022]所述直流濾波電路的一端分別與所述第十五功率開關(guān)單元的漏端、所述第十七功率開關(guān)單元的漏端、所述第十九功率開關(guān)單元的漏端及所述第二一功率開關(guān)單元的漏端連接，所述直流濾波電路的另一端分別與所述第十六功率開關(guān)單元的源端、所述第十八功率開關(guān)單元的源端、所述第二十功率開關(guān)單元的源端及所述第二二功率開關(guān)單元的源端連接，所述電容中點(diǎn)分別與所述第九功率開關(guān)單元的漏端、所述第十一功率開關(guān)單元的漏端和所述第十三功率開關(guān)單元的漏端電連接；
[0023]所述第十功率開關(guān)單元的源端與所述第九功率開關(guān)單元的源端連接，漏端分別與所述第十五功率開關(guān)單元的源端和所述第十六功率開關(guān)單元的漏端連接；
[0024]所述第十二功率開關(guān)單元的源端與所述第十一功率開關(guān)單元的源端連接，漏端分別與所述第十七功率開關(guān)單元的源端和所述第十八功率開關(guān)單元的漏端連接；
[0025]所述第十四功率開關(guān)單元的源端與所述第十三功率開關(guān)單元的源端連接，漏端分別與所述第十九功率開關(guān)單元的源端和所述第二十功率開關(guān)單元的漏端連接；
[0026]其中，所述第二一功率開關(guān)單元的源端和所述第二二功率開關(guān)單元的漏端均與一濾波器節(jié)點(diǎn)連接。
[0027]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述負(fù)載為非線性負(fù)載。
[0028]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述負(fù)載包括第一負(fù)載、第二負(fù)載和第三負(fù)載，所述濾波器包括第一濾波電感、第二濾波電感、第三濾波電感、第四濾波電感、第五濾波電感、第六濾波電感、第七濾波電感、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第三電容、第四電容和第五電容；
[0029]所述第十功率開關(guān)單元的漏端與所述第一濾波電感的一端連接，且該第一濾波電感的另一端分別通過所述第四濾波電感與所述第一負(fù)載的輸入端連接、通過所述第一電阻及與該第一電阻串聯(lián)的所述第三電容連接至所述第一負(fù)載的輸出端；
[0030]所述第十二功率開關(guān)單元的漏端與所述第二濾波電感的一端連接，且該第二濾波電感的另一端分別通過所述第五濾波電感與所述第二負(fù)載的輸入端連接、通過所述第二電阻及與該第二電阻串聯(lián)的所述第四電容連接至所述第二負(fù)載的輸出端；
[0031]所述第十四功率開關(guān)單元的漏端與所述第三濾波電感的一端連接，且該第三濾波電感的另一端分別通過所述第六濾波電感與所述第三負(fù)載的輸入端連接、通過所述第三電阻及與該第三電阻串聯(lián)的所述第五電容連接至所述第三負(fù)載的輸出端；
[0032]所述第二二功率開關(guān)單元的漏端通過所述第七濾波電感分別與所述第一負(fù)載的輸出端、第二負(fù)載的輸出端和第三負(fù)載的輸出端連接。
[0033]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，上述的三電平儲能變流器中，所述第一電阻、所述第二電阻和所述第三電阻均為阻尼電阻，所述第一電容和第二電容為直流濾波電容，所述第三電容、所述第四電容和所述第五電容均為交流濾波電容。
[0034]綜上所述，本申請一種三電平儲能變流器，通過采用回饋式三電平DC/DC單元，使得本申請的三電平儲能變流器具有四象限運(yùn)行功能，在穩(wěn)定直流濾波電容中點(diǎn)電壓的同時(shí)，還能提高系統(tǒng)的效率；而設(shè)置的采用交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路，則能夠大大減小直流側(cè)的電流波紋；另外，由于本申請三電平儲能變流器中的T型三電平四橋臂DC/AC單元中的第四橋臂并未與上述直流濾波電容中點(diǎn)連接，進(jìn)而可進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的電壓利用率，同時(shí)還能有效的抑制不平衡負(fù)載帶來的不平衡電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0036]圖1為本申請實(shí)施例中三電平儲能變流器的電路拓?fù)鋱D；
[0037]圖2為本申請實(shí)施例中兩相空載時(shí)的仿真電壓波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明:
[0039]如圖1所示，一種三電平儲能變流器，包括儲能單元，一 T型三電平四橋臂DC/AC單元通過一回饋式三電平DC/DC單元與該儲能單元電連接；且上述的T型三電平四橋臂DC/AC單元還通過一濾波器與負(fù)載電連接；具體的:
[0040]上述的儲能單元可以為電池組(如蓄電池組等)，以用于儲存或釋放電能，且該儲能單元也可為太陽能發(fā)電系統(tǒng)(即太陽能陣列基板)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或其他類似的直流發(fā)電系統(tǒng)均可，只要其能儲存和/或釋放電能即可，即該存儲模塊具有釋放電能和/或者存儲電能中的一種功能即可；優(yōu)選的，本實(shí)施例中的儲能單元同時(shí)具有存儲和釋放電能的雙向能力轉(zhuǎn)移功能，即下面的闡述中均是以儲能單元是電池組E為例進(jìn)行詳細(xì)說明，但其并不是用于限定本申請的技術(shù)方案。
[0041]上述的回饋式三電平DC/DC單元，主要用于降低向儲能單元充放電時(shí)的電流波紋，且該回饋式三電平DC/DC單元中設(shè)置有直流濾波電路，即回饋式三電平DC/DC單元具體包括:
[0042]分別與上述電池組E的高電平端(即電池組的正極端)連接的第一電感Ldl和第三電感Ld3(即第一電感Ldl與第三電感Ld3并聯(lián))，分別與上述電池組E的低電平端(即電池組的負(fù)極端)連接的第二電感Ld2和第四電感Ld4(即第二電感Ld2與第四電感Ld4并聯(lián))；即上述的第一電感Ldl和所述第三電感Ld3并聯(lián)且一端均與電池組E的高電平端連接，而第一電感Ldl的另一端則分別與第一功率開關(guān)單元T1的漏端D和第三功率開關(guān)單元T3的源端S電連接，第三電感Ld3的另一端則分別與第五功率開關(guān)單元T5的漏端D和第七功率開關(guān)單元T7的源端S電連接；上述的第二電感Ld2和第四電感Ld4并聯(lián)且一端均與電池組E的低電平端連接，而第二電感Ld2的另一端則分別與第四功率開關(guān)單元T4的漏端D和第二功率開關(guān)單元T2的源端S電連接，第四電感Ld4的另一端則分別與第八功率開關(guān)單元T8的漏端D和第六功率開關(guān)單元T6的源端S電連接(需要注意的是，本實(shí)施例的圖1中為了使得圖示清晰明了，只在第三功率開關(guān)單元T3上標(biāo)示出漏端D、源端S和控制端G，其他的功率開關(guān)單元均可參考該第三功率開關(guān)單元T3及電路符號進(jìn)行識別，由于其是本領(lǐng)域的公知知識，在此便不予累述)。
[0043]進(jìn)一步的，上述的第三功率開關(guān)單元T3的漏端D與第七功率開關(guān)單元T7的漏端D均與第一電平節(jié)點(diǎn)P電連接，第一功率開關(guān)單元T1的源端S、第二功率開關(guān)單元T2的漏端D、第五功率開關(guān)單元T5的源端S和第六功率開關(guān)單元T6的漏端D均與第二電平節(jié)點(diǎn)Z電連接，第八功率開關(guān)單元T8的源端S與第四功率開關(guān)單元T4的源端S均與第三電平節(jié)點(diǎn)N電連接，進(jìn)而形成回饋式相互交錯(cuò)并聯(lián)的三電平DC/DC電路，在有效減小直流側(cè)電流紋波的同時(shí)，還使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)四象限運(yùn)行的功能，并進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的效率。
[0044]具體的，由于在DC/DC側(cè)采用了帶回饋式的三電平DC/DC電路，當(dāng)能量從電池組E向負(fù)載傳遞時(shí)(即電池組E放電)，上述的第一功率開關(guān)單元T1和第二功率開關(guān)單元T2等效為IGBT管，以用于導(dǎo)通和關(guān)斷電流，第三功率開關(guān)單元T3和第四功率開關(guān)單元T4則等效為二極管，用以實(shí)現(xiàn)續(xù)流的功能，即此時(shí)的DC/DC電路具有升壓的功能；而從負(fù)載向電池組E傳遞時(shí)(即電池組E充電)，第三功率開關(guān)單元T3和第四功率開關(guān)單元T4等效為IGBT管，以用于電路的導(dǎo)通和關(guān)斷電流，而第一功率開關(guān)單元T1和第二功率開關(guān)單元T2則等效為二極管，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)續(xù)流的功能，即此時(shí)的DC/DC電路具有降壓的功能，所以通過設(shè)置上述帶反饋式的三電平DC/DC電路就能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行的功能。
[0045]進(jìn)一步的，由于在DC/DC側(cè)采用了交錯(cuò)并聯(lián)的電路，即通過兩個(gè)DC/DC模塊的并聯(lián)(當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中也可根據(jù)實(shí)際電路需求設(shè)置并聯(lián)的三個(gè)或多個(gè)DC/DC模塊)，并且每個(gè)DC/DC模塊的載波均采用交錯(cuò)的方式進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)而在負(fù)載向電池組E傳遞能量(即電池組E充電)時(shí)，能夠大大減小電流的紋波，給有效的降低充電時(shí)對電池組E的傷害。
[0046]進(jìn)一步的，第三功率開關(guān)單元T3的漏端D還依次通過串聯(lián)的第一電容C1和第二電容C2與第八功率開關(guān)單元T8的源端S電連接，且上述串聯(lián)的第一電容C1和第二電容C2構(gòu)成一直流濾波電路，該直流濾波電路的電容中點(diǎn)形成于上述第二電平節(jié)點(diǎn)Z處(即上述第三功率開關(guān)單元T3的漏端D通過第一電容C1連接至第二電平節(jié)點(diǎn)Z處，同時(shí)第八功率開關(guān)單元T8的源端S通過第二電容C2也連接至該第二電平節(jié)點(diǎn)Z處，以使第二電平節(jié)點(diǎn)Z處作為直流濾波電路的電容中點(diǎn))，以進(jìn)一步的穩(wěn)定本系統(tǒng)中直流濾波電容的中點(diǎn)電壓。
[0047]如圖1所示，上述的T型三電平四橋臂DC/AC單元包括第九?二二功率開關(guān)單元(即T9?T22)，具體為:
[0048]第十五功率開關(guān)單元T15的漏端D、第十七功率開關(guān)單元T17的漏端D、第十九功率開關(guān)單元T19的漏端D及第二一功率開關(guān)單元T21的漏端D均連接至上述的第一電平節(jié)點(diǎn)P，第十六功率開關(guān)單元T16的源端S、第十八功率開關(guān)單元T18的源端S、第二十功率開關(guān)單元T20的源端S及第二二功率開關(guān)單元T22的源端S均與第三電平節(jié)點(diǎn)N連接，而第九功率開關(guān)單元T9的漏端D、第十一功率開關(guān)單元T11的漏端D和第十三功率開關(guān)單元T13的漏端D則均與第二電平節(jié)點(diǎn)Z(即電容中點(diǎn)處)電連接。
[0049]進(jìn)一步的，第十功率開關(guān)單元T10的源端S與上述第九功率開關(guān)單元T9的源端S連接，第十功率開關(guān)單元T10的漏端D則分別與第十五功率開關(guān)單元T15的源端S和第十六功率開關(guān)單元T16的漏端D連接；第十二功率開關(guān)單元T12的源端S與上述第十一功率開關(guān)單元T11的源端S連接，第十二功率開關(guān)單元T12的漏端D則分別與第十七功率開關(guān)單元T17的源端S和第十八功率開關(guān)單元T18的漏端D連接；第十四功率開關(guān)單元T14的源端S與上述第十三功率開關(guān)單元T13的源端S連接，第十四功率開關(guān)單元T14的漏端D則分別與第十九功率開關(guān)單元T19的源端S和第二十功率開關(guān)單元T20的漏端D連接；第二一功率開關(guān)單元T21的源端S與第二二功率開關(guān)單元T22的漏端D連接。
[0050]進(jìn)一步的，上述的第十功率開關(guān)單元T10的漏端D還與第一橋臂節(jié)點(diǎn)A1連接，上述的第十二功率開關(guān)單元T12的漏端D還與第二橋臂節(jié)點(diǎn)A2連接，上述的第十四功率開關(guān)單元T14的漏端D還與第三橋臂節(jié)點(diǎn)A3連接，上述的第二二功率開關(guān)單元T22的漏端D還與第四橋臂節(jié)點(diǎn)A4連接，進(jìn)而形成T型三電平四橋臂DC/AC電路；而由于上述的第四橋臂節(jié)點(diǎn)A4并未連接上述直流濾波電路的電容中點(diǎn)(即上述的第二電平節(jié)點(diǎn)Z處)，使得系統(tǒng)能夠有效的抑制后續(xù)不平衡負(fù)載帶來的不平衡電壓，同時(shí)還能提高系統(tǒng)的電壓利用率。
[0051]具體的，本實(shí)施例三電平儲能變流器中的DC/AC電路中，由于采用了 T型三電平加四橋臂的電路單元，即其包括兩個(gè)功能單元:第一功能單元包括T型三電平電路，由于本實(shí)施例中采用了典型的T型三電平拓?fù)?，相較于傳統(tǒng)的兩電平拓?fù)渚哂兄C波系數(shù)小、效率高等優(yōu)點(diǎn)；第二功能單元包括第四橋臂電路，且該第四橋臂電路并未連接到上述直流濾波電容中點(diǎn)Z處，所以其能夠在吸收后續(xù)三個(gè)不平衡負(fù)載所產(chǎn)生的零序電流提供通路的同時(shí)，還使得電壓利用率得到了有效提高。
[0052]優(yōu)選的，本實(shí)施例三電平儲能變流器中的所有功率開關(guān)單元(T1?22)均可包括IGBT或M0SFET (包括材質(zhì)為GaN、SiC等開關(guān)器件)等電力電子開關(guān)器件，本實(shí)施例中的所有功率開關(guān)單元(T1?22)均包括一 IGBT管，且該IGBT管的源漏極間并聯(lián)一功率二極管(IGBT管的源極與功率二極管的正極連接，IGBT管的漏極則與功率二極管的負(fù)極連接)，IGBT管的源極作為功率開關(guān)單元的源端，IGBT管的漏極作為功率開關(guān)單元的漏端，IGBT管的柵極作為功率開關(guān)單元的控制端；另外，每個(gè)上述的功率開關(guān)單元的控制端均可空接或者根據(jù)具體電路需求連接至控制器，由于其并不是本申請技術(shù)方案的關(guān)鍵技術(shù)，且本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)公知知識進(jìn)行適應(yīng)性的設(shè)計(jì)，在此便不予累述。
[0053]如圖1所示，本實(shí)施例三電平儲能變流器中，負(fù)載包括可為非線性負(fù)載的第一負(fù)載F1、第二負(fù)載F2和第三負(fù)載F3 ;上述的濾波器則包括:
[0054]與第一橋臂節(jié)點(diǎn)A1連接的第一濾波電感L1,與第二橋臂節(jié)點(diǎn)A2連接的第二濾波電感L2,與第三橋臂節(jié)點(diǎn)A3連接的第三濾波電感L3,以及與第四橋臂節(jié)點(diǎn)A4連接的第七濾波電感L7 ;具體的:
[0055]上述的第十功率開關(guān)單元T10的漏端D(即第一橋臂節(jié)點(diǎn)A1)與第一濾波電感L1的一端連接，且該第一濾波電感L1的另一端則分別通過第四濾波電感L4與第一負(fù)載F1的輸入端連接、通過第一電阻R1及與該第一電阻R1串聯(lián)的第三電容C3連接至上述第一負(fù)載F1的輸出端；上述的第十二功率開關(guān)單元T12的漏端D(即第二橋臂節(jié)點(diǎn)A2)與第二濾波電感L2的一端連接，且該第二濾波電感L2的另一端則分別通過第五濾波電感L5與第二負(fù)載F2的輸入端連接、通過第二電阻R2及與該第二電阻R2串聯(lián)的第四電容C4連接至第二負(fù)載F2的輸出端；上述的第十四功率開關(guān)單元T14的漏端D(即第三橋臂節(jié)點(diǎn)A3)與第三濾波電感L3的一端連接，且該第三濾波電感L3的另一端還分別通過第六濾波電感L6與第三負(fù)載F3的輸入端連接、通過第三電阻R3及與該第三電阻R3串聯(lián)的第五電容C5連接至第三負(fù)載F3的輸出端；而上述的第二二功率開關(guān)單元T22的漏端D(即第四橋臂節(jié)點(diǎn)A4)通過第四濾波電感L分別與第一負(fù)載的輸出端、第二負(fù)載的輸出端和第三負(fù)載的輸出端連接，進(jìn)而形成LCL濾波器。
[0056]優(yōu)選的，本實(shí)施三電平儲能變流器中，第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3均可為阻尼電阻，第一電容C1和第二電容C2則可為直流濾波電容，第三電容C3、第四電容C4和第五電容C5則均可為交流濾波電容，且本實(shí)施例中所有的電感(L1?L7及Ldl?Ld4)均為濾波電感。
[0057]需要注意的是，本實(shí)施例三電平儲能變流器中的LCL濾波器的第四橋臂直接與負(fù)載的中點(diǎn)及交流濾波電容的中點(diǎn)連接。
[0058]下面就以上述電池組E放電(由于電池組E充電與電池組E放電較為類似，本領(lǐng)域技術(shù)人員在參見下述內(nèi)容后，均可根據(jù)公知知識實(shí)現(xiàn)，故在此便不予累述)為例，對本實(shí)施例三電平儲能變流器進(jìn)行詳細(xì)闡述:
[0059]首先，由于能量從電池組E向負(fù)載方向傳遞，上述的三電平DC/DC電路此時(shí)等效為Boost結(jié)構(gòu)，即第三功率開關(guān)單元T3和第四功率開關(guān)單元T4作為二極管進(jìn)行續(xù)流，而第一功率開關(guān)單元T1和第二功率開關(guān)單元T2則分別對第一電容C1和第二電容C2進(jìn)行充電，以維持直流母線電壓；同時(shí)，由于采用了三電平拓?fù)?，所以上述的第一電容C1和第二電容C2的中點(diǎn)電壓差(即第二電平節(jié)點(diǎn)Z處的電壓)也能夠得到很好地解決。
[0060]其次，由于電源交錯(cuò)并聯(lián)，進(jìn)而使得每個(gè)模塊的載波都進(jìn)行相位交錯(cuò)，這樣就能使電流紋波大大減小，進(jìn)而有效的降低對電池組的傷害。
[0061]最后，在上述電池組放電是，由于經(jīng)過T型三電平和四橋臂的逆變電路，通過采用SPWM調(diào)制技術(shù)及電壓分序的控制技術(shù)，且上述第四橋臂還會為由于負(fù)載不平衡而導(dǎo)致的零序電流提供通路，從而徹底地解決了負(fù)載不平衡的問題。
[0062]圖2為本申請實(shí)施例中兩相空載時(shí)的仿真電壓波形圖；如圖2所示，通過采用mat lab進(jìn)行不平衡負(fù)載的實(shí)驗(yàn)時(shí),在兩相開路后，負(fù)載的不平衡度達(dá)到100%，但從圖2中可以看出電壓仍然平衡，即本實(shí)施例能夠有效的改善負(fù)載不平衡的問題。
[0063]綜上所述，本申請一種三電平儲能變流器，通過采用回饋式三電平DC/DC單元，使得本申請的三電平儲能變流器具有四象限運(yùn)行功能，在穩(wěn)定直流濾波電容中點(diǎn)電壓的同時(shí)，還能提高系統(tǒng)的效率；而設(shè)置的采用交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路，則能夠大大減小直流側(cè)的電流波紋；另外，由于本申請三電平儲能變流器中的T型三電平四橋臂DC/AC單元中的第四橋臂不與上述直流濾波電容中點(diǎn)連接，進(jìn)而可進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的電壓利用率，同時(shí)還能有效的抑制不平衡負(fù)載帶來的不平衡電壓。
[0064]以上對本發(fā)明的較佳實(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，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三電平儲能變流器，其特征在于，所述儲能變流器包括: 儲能單元，用于存儲或釋放電能； 回饋式三電平DC/DC單元,與所述儲能單元電連接，以降低向所述儲能單元充放電時(shí)的電流波紋； T型三電平四橋臂DC/AC單元，通過所述回饋式三電平DC/DC單元與所述儲能單元電連接； 濾波器，所述T型三電平四橋臂DC/AC單元通過所述濾波器與負(fù)載電連接； 其中，所述回饋式三電平DC/DC單元中設(shè)置有直流濾波電路，所述T型三電平四橋臂DC/AC單元包括第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂；所述第一橋臂、所述第二橋臂和所述第三橋臂均分別與所述直流濾波電路的電容中點(diǎn)連接，所述第四橋臂不與所述直流濾波電路的電容中電連接。
2.如權(quán)利要求1所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述回饋式三電平DC/DC單元和所述T型三電平四橋臂DC/AC單元中均設(shè)置有若干功率開關(guān)單元。
3.如權(quán)利要求2所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述功率開關(guān)單元為電力電子開關(guān)器件。
4.如權(quán)利要求3所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述電力電子開關(guān)器件為IGBT或 MOSFET。
5.如權(quán)利要求2所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述回饋式三電平DC/DC單元還包括: 交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路，且該交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路包括相互交錯(cuò)并聯(lián)的第一電平支路、第二電平支路和第三電平支路； 所述第一電平支路與所述直流濾波電路的一端連接，所述第三電平支路與所述直流濾波電路的另一端連接，所述第二電平支路與所述直流濾波電路的電容中點(diǎn)連接。
6.如權(quán)利要求5所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述交錯(cuò)并聯(lián)的三電平電路包括第一電感、第二電感、第三電感、第四電感、第一功率開關(guān)單元、第二功率開關(guān)單元、第三功率開關(guān)單元、第四功率開關(guān)單元、第五功率開關(guān)單元、第六功率開關(guān)單元、第七功率開關(guān)單元、第八功率開關(guān)單元、第一電容和第二電容； 所述第一電感和所述第三電感并聯(lián)且一端均與所述儲能單元的高電平端連接，所述第一電感的另一端分別與所述第一功率開關(guān)單元的漏端和所述第三功率開關(guān)單元的源端電連接，所述第三電感的另一端分別與所述第五功率開關(guān)單元的漏端和所述第七功率開關(guān)單元的源端電連接； 所述第二電感和所述第四電感并聯(lián)且一端均與所述儲能單元的低電平端連接，所述第二電感的另一端分別與所述第四功率開關(guān)單元的漏端和所述第二功率開關(guān)單元的源端電連接，所述第四電感的另一端分別與所述第八功率開關(guān)單元的漏端和所述第六功率開關(guān)單元的源端電連接； 所述第三功率開關(guān)單元的漏端與所述第七功率開關(guān)單元的漏端電連接，所述第八功率開關(guān)單元的源端與所述第四功率開關(guān)單元的源端電連接，所述第一功率開關(guān)單元的源端分別與所述第二功率開關(guān)單元的漏端、所述第五功率開關(guān)單元的源端和所述第六功率開關(guān)單元的漏端電連接； 所述第三功率開關(guān)單元的漏端還依次通過串聯(lián)的所述第一電容和第二電容與所述第八功率開關(guān)單元的源端電連接，且位于所述第一電容和所述第二電容之間的電路上形成有所述電容中點(diǎn)，所述第一功率開關(guān)單元的源端與所述電容中點(diǎn)電連接。
7.如權(quán)利要求5所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述T型三電平四橋臂DC/AC單元包括:第九功率開關(guān)單元、第十功率開關(guān)單元、第十一功率開關(guān)單元、第十二功率開關(guān)單元、第十三功率開關(guān)單元、第十四功率開關(guān)單元、第十五功率開關(guān)單元、第十六功率開關(guān)單元、第十七功率開關(guān)單元、第十八功率開關(guān)單元、第十九功率開關(guān)單元、第二十功率開關(guān)單元、第二一功率開關(guān)單元和第二二功率開關(guān)單元； 所述直流濾波電路的一端分別與所述第十五功率開關(guān)單元的漏端、所述第十七功率開關(guān)單元的漏端、所述第十九功率開關(guān)單元的漏端及所述第二一功率開關(guān)單元的漏端連接，所述直流濾波電路的另一端分別與所述第十六功率開關(guān)單元的源端、所述第十八功率開關(guān)單元的源端、所述第二十功率開關(guān)單元的源端及所述第二二功率開關(guān)單元的源端連接，所述電容中點(diǎn)分別與所述第九功率開關(guān)單元的漏端、所述第十一功率開關(guān)單元的漏端和所述第十三功率開關(guān)單元的漏端電連接； 所述第十功率開關(guān)單元的源端與所述第九功率開關(guān)單元的源端連接，漏端分別與所述第十五功率開關(guān)單元的源端和所述第十六功率開關(guān)單元的漏端連接； 所述第十二功率開關(guān)單元的源端與所述第十一功率開關(guān)單元的源端連接，漏端分別與所述第十七功率開關(guān)單元的源端和所述第十八功率開關(guān)單元的漏端連接； 所述第十四功率開關(guān)單元的源端與所述第十三功率開關(guān)單元的源端連接，漏端分別與所述第十九功率開關(guān)單元的源端和所述第二十功率開關(guān)單元的漏端連接； 其中，所述第二一功率開關(guān)單元的源端和所述第二二功率開關(guān)單元的漏端均與一濾波器節(jié)點(diǎn)連接。
8.如權(quán)利要求7所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述負(fù)載為非線性負(fù)載。
9.如權(quán)利要求7所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述負(fù)載包括第一負(fù)載、第二負(fù)載和第三負(fù)載，所述濾波器包括第一濾波電感、第二濾波電感、第三濾波電感、第四濾波電感、第五濾波電感、第六濾波電感、第七濾波電感、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第三電容、第四電容和第五電容； 所述第十功率開關(guān)單元的漏端與所述第一濾波電感的一端連接，且該第一濾波電感的另一端分別通過所述第四濾波電感與所述第一負(fù)載的輸入端連接、通過所述第一電阻及與該第一電阻串聯(lián)的所述第三電容連接至所述第一負(fù)載的輸出端； 所述第十二功率開關(guān)單元的漏端與所述第二濾波電感的一端連接，且該第二濾波電感的另一端分別通過所述第五濾波電感與所述第二負(fù)載的輸入端連接、通過所述第二電阻及與該第二電阻串聯(lián)的所述第四電容連接至所述第二負(fù)載的輸出端； 所述第十四功率開關(guān)單元的漏端與所述第三濾波電感的一端連接，且該第三濾波電感的另一端分別通過所述第六濾波電感與所述第三負(fù)載的輸入端連接、通過所述第三電阻及與該第三電阻串聯(lián)的所述第五電容連接至所述第三負(fù)載的輸出端； 所述第二二功率開關(guān)單元的漏端通過所述第七濾波電感分別與所述第一負(fù)載的輸出端、第二負(fù)載的輸出端和第三負(fù)載的輸出端連接。
10.如權(quán)利要求9所述三電平儲能變流器，其特征在于，所述第一電阻、所述第二電阻和所述第三電阻均為阻尼電阻，所述第一電容和第二電容為直流濾波電容，所述第三電容、所述第四電容和所述第五電容均為交流濾波電容。
【文檔編號】H02M7/483GK104253559SQ201410538453
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】李霄, 陳海濱, 湯雪華, 唐麗嬋, 葉辰之, 張霞, 鮑立成, 胡曉羽 申請人:上海電氣集團(tuán)股份有限公司