一种单相三电平非对称四端口储能逆变器制造技术

一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，包括开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，二极管D1、D2、D3、D4，电感L1和L2，电容C1和C2。该储能逆变器采用了非对称四端口结构，该结构由开关管S2、S4、S5和二极管D1、D3、D4连接组成，可作为一个多电平模块化单元，便于实现集成化。相较于传统两电平逆变器，本发明专利技术一种单相三电平非对称四端口储能逆变器降低了半导体开关器件所承受的电压应力，减小了开关损耗和输出谐波含量，提高了输出电能质量和电能变换效率。提高了输出电能质量和电能变换效率。提高了输出电能质量和电能变换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种单相三电平非对称四端口储能逆变器


[0001]本专利技术涉及多电平电能变换
，具体是一种单相三电平非对称四端口储能逆变器。

技术介绍

[0002]储能逆变器是分布式能源、能源互联网、智能电网发展的必备技术，因此研究高效率和高可靠性的储能逆变器具有重要意义。传统两电平逆变器随着开关频率的提高，其开关损耗快速增加，这一特点决定了两电平逆变器难以在较高的开关频率下实现高变换效率。相比于两电平逆变器，三电平逆变器增加了输出电平数，输出电压波形正弦化更好，输出THD含量更小，同时开关电压应力和EMI噪声也显著降低。因此，在开关频率相同情况下，三电平逆变器可使用更小的滤波电感，有利于降低电感损耗和减小逆变器成本和体积；而在输出THD含量相同的条件下，三电平逆变器可使用更低的开关频率，这有利于减小开关损耗，提升电能变换效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，该逆变器采用了四端口网络结构，便于模块化和集成化设计；同时该储能逆变器具有开关电压应力低、开关损耗小、输出THD含量小以及可靠性高等优点。
[0004]本专利技术采取的技术方案为：
[0005]一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，包括电感L1、L2，电容C1、C2，开关管S1～S8，二极管D1～D4；
[0006]开关管S1漏极连接电容C1正极，连接节点构成端点p；
[0007]电容C1负极分别连接电容C2阳极、二极管D3阳极、二极管D4阴极，连接节点构成端点n；
>[0008]开关管S8源极连接电容C2负极，连接节点构成端点m；
[0009]电感L1一端分别连接开关管S4源极、开关管S5漏极，连接节点构成端点a；
[0010]电感L1另一端分别与开关管S6漏极、负载R
L
一端相连接；
[0011]电感L2一端分别与开关管S7漏极、负载R
L
另一端相连接；
[0012]电感L2另一端分别连接开关管S3源极、二极管D2阴极，连接节点构成端点b；
[0013]开关管S1源极分别连接开关管S2漏极、开关管S3漏极，连接节点构成端点c；
[0014]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，连接节点构成端点d；
[0015]开关管S2源极分别与开关管S4漏极、二极管D3阴极相连接；开关管S5源极分别与二极管D1阴极、二极管D4阳极相连接。
[0016]该储能逆变器中，开关管S2、S4、S5，二极管D1、D3、D4连接组成非对称四端口结构，该非对称四端口结构的四个端口分别为端点a、端点c、端点d、端点n。
[0017]所述端点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。
[0018]所述电容C1、C2为电容值相等的电解电容，每个电容承受的电压为双向DC
‑
DC变换器输出侧直流电压U
S
的一半，为
±
1/2U
S
电平的实现提供条件。
[0019]所述开关管S1～S8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]该储能逆变器包括以下六种工作模式：
[0021]工作模式一：此时电路工作在输出交流电压u
o
的正半周期，开关管S1、S2、S4、S7、S8导通，其余开关管关断。储能电池向电感L1和负载R
L
供电，电感L1电流i
L1
线性上升，输出交流电流i
o
＝i
L1
，端点a与端点b间电压u
ab
＝+U
s
。
[0022]工作模式二：此时电路工作在输出交流电压u
o
的正半周期，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向电感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，输出交流电流i
o
＝i
L1
，端点a与端点b间电压u
ab
＝+1/2U
s
。
[0023]工作模式三：此时电路工作在输出交流电压u
o
的正半周期，开关管S5、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；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，输出交流电流i
o
＝i
L1
，端点a与端点b间电压u
ab
＝0。
[0024]工作模式四：此时电路工作在输出交流电压u
o
的负半周期，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；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，输出交流电流i
o
＝
‑
i
L2
，端点a与端点b间电压u
ab
＝0。
[0025]工作模式五：此时电路工作在输出交流电压u
o
的负半周期，开关管S1、S3、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向电感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，输出交流电流i
o
＝
‑
i
L2
，端点a与端点b间电压u
ab
＝
‑
1/2U
s
。
[0026]工作模式六：此时电路工作在输出交流电压u
o
的负半周期，开关管S1、S3、S6、S8导通，其余开关管关断。储能电池向电感L2和负载R
L
供电，电感L2电流i
L2
线性上升，输出交流电流i
o
＝
‑
i
L2
，端点a与端点b间电压u
ab
＝
‑
U
s
。
[0027]本专利技术一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，技术效果如下：
[0028]1、本专利技术储能逆变器的电路拓扑采用了由端点a、c、d、n构成的非对称四端口结构，该非对称四端口结构不仅能起到电压钳位作用，还可实现功率的多向流动，为该逆变器三电平功能实现提供了条件。同时该非对称四端口结构还可作为一个多电平模块化单元，便于实现集成化。
[0029]2、本专利技术储能逆变器的电路拓扑可实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，包括电感L1、L2，电容C1、C2，开关管S1～S8，二极管D1～D4，其特征在于：开关管S1漏极连接电容C1正极，连接节点构成端点p；电容C1负极分别连接电容C2阳极、二极管D3阳极、二极管D4阴极，连接节点构成端点n；开关管S8源极连接电容C2负极，连接节点构成端点m；电感L1一端分别连接开关管S4源极、开关管S5漏极，连接节点构成端点a；电感L1另一端分别与开关管S6漏极、负载R
L
一端相连接；电感L2一端分别与开关管S7漏极、负载R
L
另一端相连接；电感L2另一端分别连接开关管S3源极、二极管D2阴极，连接节点构成端点b；开关管S1源极分别连接开关管S2漏极、开关管S3漏极，连接节点构成端点c；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，连接节点构成端点d；开关管S2源极分别与开关管S4漏极、二极管D3阴极相连接；开关管S5源极分别与二极管D1阴极、二极管D4阳极相连接。2.根据权利要求1所述一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，其特征在于：该储能逆变器中，开关管S2、S4、S5，二极管D1、D3、D4连接组成非对称四端口结构，该非对称四端口结构的四个端口分别为端点a、端点c、端点d、端点n。3.根据权利要求1所述一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，其特征在于：所述端点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。4.根据权利要求3所述一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，其特征在于：所述电容C1、C2为电容值相等的电解电容，每个电容承受的电压为双向DC
‑
DC变换器输出侧直流电压U
S
的一半。5.根据权利要求1所述一种单相三电平非对称四端口储能逆变器，其特征在于：所述开关管S1～S8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。6.根据权利要求1～5所述任意一项单相三电平非对称四端口储能逆变器，其特征在于：该储能逆变器包括以下六种工作模式：工作模式一：此时电路工作在输出交流电压u
o
的正半周期，开关管S1、S2、S4、S7、S8导通，其余开关管关断；储能电池向电感L1和负载R
L
供电，电感L1电流i
L1
线性上升，输出交流电流i
o
＝i
L1
，端点a与端点b间电压u
ab
＝+U
s
；工作模式二：此时电路工作在输出交流电压u
o
的正半周期，开关管S4、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辉，潘宇，范李平，姚俊伟，谢琼瑶，何奇，李振华，程江洲，黄悦华，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：