一种单相三电平四端口钳位型储能逆变器制造技术

一种单相三电平四端口钳位型储能逆变器，包括开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，二极管D1、D2、D3，电感L1和L2，电容C1和C2，其中开关管S2、S4、S5和二极管D1、D3连接构成一个四端口结构，该结构可钳位电容电压，增加功率流通路径，同时该结构也可作为一个模块化单元，便于实现集成化。本发明专利技术逆变器相较于两电平逆变器，减小了半导体器件所承受的开关应力，降低了开关损耗和输出谐波含量，提升了输出电能质量和系统效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种单相三电平四端口钳位型储能逆变器


[0001]本专利技术涉及电力电子电能变换领域，具体是一种单相三电平四端口钳位型储能逆变器。

技术介绍

[0002]储能逆变器作为微电网储能系统的核心部件,对提高间歇式新能源的并网发电能力具有重要意义。传统储能逆变器中使用的逆变器主要为两电平逆变器，虽然两电平逆变器的控制简单，方案成熟，但开关器件需承受全部直流侧电压，开关器件耐压高，严重限制了其在高压大功率场合的应用，且输出谐波含量较高，不利于提高输出电能质量。
[0003]针对两电平逆变器存在的缺点，三电平逆变器应用而生，相较于两电平逆变器，三电平逆变器大大减小了单个开关器件承受的电压应力，有利于开关管的选型，同时降低了输出谐波含量和开关损耗，提升了输出电能质量和系统效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种单相三电平四端口钳位型储能逆变器，相较于传统两电平逆变器，本专利技术储能逆变器减小开关器件所承受的电压应力，有利于延长开关器件的使用寿命，同时降低了开关损耗和输出谐波含量，提升了电能转换效率以及输出电能质量。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种单相三电平四端口钳位型储能逆变器，包括:开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，二极管D1、D2、D3，电感L1、L2，电容C1、C2；
[0007]电容C1正极连接开关管S1漏极，其连接节点构成端点p；
[0008]电容C2负极连接开关管S8源极，其连接节点构成端点m；
>[0009]电容C1负极分别连接电容C2正极、开关管S5源极，其连接节点构成端点n；
[0010]开关管S8漏极分别连接开关管S6源极、开关管S7源极、二极管D1阳极、二极管D2阳极，其连接节点构成端点d；
[0011]开关管S1源极分别连接开关管S2漏极、开关管S3漏极，其连接节点构成端点c；
[0012]开关管S3源极分别连接二极管D2阴极、电感L2另一端，其连接节点构成端点b；
[0013]二极管D3阴极连接电感L1一端，其连接节点构成端点a；
[0014]开关管S4源极分别与二极管D1阴极、二极管D3阳极相连接；
[0015]开关管S5漏极分别与开关管S2源极、开关管S4漏极相连接；
[0016]开关管S6漏极分别与电感L1另一端、负载R
L
一端相连接；
[0017]开关管S7漏极分别与电感L2一端、负载R
L
另一端相连接。
[0018]该储能逆变器中，开关管S2、开关管S4、开关管S5、二极管D1和二极管D3连接构成一个四端口结构，其四个端口分别为端口a、端口c、端口d、端口n。该四端口结构对电容电压进行钳位，同时增加了电路中功率流通路径，保证了电路三电平功能的实现。
[0019]该储能逆变器中，开关管S1～S8均为带体二极管的电力场效应晶体管MOSFET、或者
绝缘栅双极晶体管IGBT。
[0020]该储能逆变器中，端点p、端点m连接双向DC
‑
DC变换器输出侧，双向DC
‑
DC变换器输入侧连接储能电池。
[0021]该储能逆变器中，电容C1、C2为电容值相等的电解电容，每个电容各承受双向DC
‑
DC变换器输出侧直流电压U
s
的一半，为实现电路三电平功能提供了条件。
[0022]该储能逆变器在正常工作时，包括以下六种工作模态：
[0023]工作模态一：开关管S1、S2、S4、S7、S8导通，其余开关管关断。储能电池对电感L1和负载R
L
供电，电感L1电流i
L1
线性上升，此时输出电压u
o
>0，输出电流i
o
＝i
L1
，端点a与端点b间的电压u
ab
＝+U
s
。
[0024]工作模态二：开关管S4、S7、S8导通，其余开关管关断。储能电池对电容C1充电，电容C1电压上升，电容C2对电感L1和负载R
L
供电，电容C2电压下降，电感L1电流i
L1
线性上升，此时输出电压u
o
>0，输出电流i
o
＝i
L1
，端点a与端点b间的电压u
ab
＝+1/2U
s
。
[0025]工作模态三：开关管S7导通，其余开关管关断。储能电池对电容C1和C2充电，电容C1和C2的电压上升。此模态下，由于电感电流不能突变，电感L1电流i
L1
经二极管D1续流并为负载R
L
供电，电流i
L1
线性下降。此时输出电压u
o
>0，输出电流i
o
＝i
L1
，端点a与端点b间的电压u
ab
＝0。
[0026]工作模态四：开关管S6导通，其余开关管关断。储能电池对电容C1和C2充电，电容C1和C2的电压上升。此模态下，由于电感电流不能突变，电感L2电流i
L2
经二极管D2续流并为负载R
L
供电，电流i
L2
线性下降。此时输出电压u
o
<0，输出电流i
o
＝
‑
i
L2
，端点a与端点b间的电压u
ab
＝0。
[0027]工作模态五：开关管S1、S3、S5、S6导通，其余开关管关断。储能电池对电容C2充电，电容C2电压上升，电容C1对电感L2和负载R
L
供电，电容C1电压下降，电感L2电流i
L2
线性上升，此时输出电压u
o
<0，输出电流i
o
＝
‑
i
L2
，端点a与端点b间的电压u
ab
＝
‑
1/2U
s
。
[0028]工作模态六：开关管S1、S3、S6、S8导通，其余开关管关断。储能电池对电感L2和负载R
L
供电，电感L2电流i
L2
线性上升，此时输出电压u
o
<0，输出电流i
o
＝
‑
i
L2
，端点a与端点b间的电压u
ab
＝
‑
U
s
。
[0029]本专利技术一种单相三电平四端口钳位型储能逆变器，技术效果如下：
[0030]1)本专利技术一种单相三电平四端口钳位型储能逆变器，采用了四端口结构，该结构可以对电容电压进行钳位，并且还能提供额外的功率流通路径，确保了逆变器三电平功能的实现，同时该结构可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
的电压上升；此模态下，由于电感电流不能突变，电感L2电流i
L2
经二极管D2续流并为负载R
L
供电，电流i
L2
线性下降；此时输出电压u
o
<0，输出电流i
o
＝
‑
i
L2
，端点a与端点b间的电压u
ab
＝0；工作模态五：开关管S1、S3、S5、S6导通，其余开关管关断；储能电池对电容C2充电，电容C2电压上升，电容C1对电感L2和负载R
L
供电，电容C1电压下降，电感L2电流i
L2
线性上升，此时输出电压u
o
&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：何奇，王海亮，谢琼瑶，马辉，项川，周晓霞，张宇，邓玲，汪萌，王春，代璐，杨楚原，覃思雨，罗超，袁明，姚俊伟，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司，
类型：发明
国别省市：