一种带有储能系统的多电平逆变器及其控制方法与流程

本发明涉及光伏逆变器领域，更确切地说是一种带有储能系统的多电平逆变器及控制方法。

背景技术：

目前的储能逆变系统中，储能采用dc48v电池，为了能够输出ac(230vac/50or60hz)。传统的升压再逆变结构，能量变换环节多，且多使用高压器件，高频开关，导致系统效率较低，成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带有储能系统的多电平逆变器，其可以实现利用简单的子拓扑通过有效的组合实现逆变功能，实现较高的系统效率，实现各电池模组间自动的能量平衡。

本发明采用以下技术方案：

一种带有储能系统的多电平逆变器，包括若干串联的子拓扑电路，所述子拓扑电路包括低压电池及h桥电路，h桥电路连接于低压电池的两端，且h桥电路桥臂的中点为子拓扑电路的输出端，且多个子拓扑电路依次通过其输出端串联。

所述h桥电路为h4桥电路。

h桥电路包括的s1,s2,s3,s4为mosfet功率器件。

所述低压电池的电压为48v。

所述子拓扑电路设有八个。

所述低电压电池可为直流电源。

一种带有储能系统的多电平逆变器的控制方法，起始中每个子拓扑中s3,s4均开通状态，任意一个子拓扑中，s3由开通状态转为断开状态，s1依据正弦调制方式变频开关，占空比d由0逐渐至1，到占空比d＝1时，s1一直导通并保持导通状态不变，在此过程中，其它子拓扑电路中功率管状态不变，s1,s2断开，s3,s4开通，拓扑输出由0v逐渐升至48v。

保持第一个拓扑电路的状态不变，第二个拓扑电路重复第一个子拓扑电路的动作，即第二个子拓扑电路的s3由开通状态转为断开状态，第二个拓扑的s1依据正弦调制方式变频开关，占空比d由0逐渐至1，当占空比d＝1时，系统拓扑输出将由48v逐渐升至96v。

各子拓扑电路重复上述过程。

各子拓扑电路按序逐个由占空比d＝1降至占空比d＝0，最终回到交流输出电压为0v。

本发明的优点是：每次仅一个功率管做高频开关，降低了系统损耗，实现了较高的转换效率；采用低压功率器件，器件选择范围更广，价格更低，从而降低了系统成本，输入为储能电池，在放电过程中，子拓扑电池电压较高，则放电时间较长，子拓扑电池电压较低，则放电时间较短。从而间接的也达到了在各电池系统间能量的均衡；可双向运行，即交流输出端接电网等设备，可反向给电池充电，由多个子拓扑构成，各个子拓扑轮流工作，实际上降低了整个拓扑工作的平均时间，即大大延长了系统拓扑的使用寿命。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明的子拓扑电路的电路示意图。

图2是本发明的实施例1的电路图。

图3是本发明的实施例2的电路图。

具体实施方式

下面进一步阐述本发明的具体实施方式：

本发明提出了一种新的带有储能系统的逆变器拓扑架构，该拓扑架构基于子拓扑电路串联架构，通过独特的调制及控制方式工作，使得多个子拓扑电路协调工作，每个子拓扑电路中器件仅承受低压电池两端电压，每阶段仅子拓扑电路中一个功率器件有高频开关动作，系统损耗大大降低。由于功率器件只承受低压低电流，故功率器件选择范围更大，成本更低。

一种带有储能系统的多电平逆变器，包括若干串联的子拓扑电路，如图1所示，所述子拓扑电路包括低压电池及h桥电路，h桥电路连接于低压电池的两端，且h桥电路桥臂的中点为子拓扑电路的输出端，且多个子拓扑电路依次通过其输出端串联，本发明中的h桥电路为h4桥电路，也可以是其他类型的h桥电路，且h桥电路包括的s1,s2,s3,s4为mosfet功率器件，所述低压电池的电压为48v。

一种带有储能系统的多电平逆变器，其拓扑如图2所示，系统由8个子系统连接而成，在一定的调制及控制策略下产生230vac50/60hz的交流输出。一种带有储能系统的多电平逆变器的控制方法，起始当每个子拓扑中s3,s4均开通时，系统交流输出电压为0v。逆变器运行正半周，任意一个子拓扑中，s3由开通状态转为断开状态，s1依据正弦调制方式变频开关，占空比d由0逐渐至1，到占空比d＝1时，s1一直导通并保持导通状态不变。在此过程中，其它子拓扑中功率管状态不变，s1,s2断开，s3,s4开通。系统拓扑输出将由0v逐渐升至48v。保持第一个拓扑状态不变，第二个拓扑重复第一个拓扑的动作，即第二个拓扑的s3由开通状态转为断开状态，第二个拓扑的s1依据正弦调制方式变频开关，占空比d由0逐渐至1，当占空比d＝1时，系统拓扑输出将由48v逐渐升至96v。以此方式类推，直至达到正弦交流230vac的峰值电压325v左右。而后其子拓扑按序逐个由占空比d＝1降至占空比d＝0.最终回到交流输出电压为0v。

同理，逆变器运行负半周，s4由开通状态转为断开状态，s2依据正弦调制方式变频开关，运行过程与正半周原理一致，则完成了逆变器在负半周的运行，最终回到交流输出电压为0v。

本发明中拓扑每次仅一个功率管做高频开关，降低了系统损耗，实现了较高的转换效率；该专利拓扑采用低压功率器件，器件选择范围更广，价格更低，从而降低了系统成本，拓扑输入为储能电池，在放电过程中，子拓扑电池电压较高，则放电时间较长，子拓扑电池电压较低，则放电时间较短。从而间接的也达到了在各电池系统间能量的均衡。拓扑可双向运行，即交流输出端接电网等设备，可反向给电池充电。由多个子拓扑构成，各个子拓扑轮流工作，实际上降低了整个拓扑工作的平均时间，即大大延长了系统拓扑的使用寿命。

如图3所示，该拓扑的一个具体实施案例，其中亦可以将其中某一个电池改用独立的48v直流源。只需要6个48v储能电池即可实现输出230vac,50/60hz，且带有电池子拓扑均采用工频开关，即输出电流正半周，某个子拓扑工作时，该子拓扑中的s1一直导通，通过隔离的48v直流电源连接的h桥中功率管按照正弦调制方式高频开通关闭以输出正弦波。该方案有利于电磁干扰的降低，并且需高频控制的功率管数量降低有利于控制系统的设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种带有储能系统的多电平逆变器，包括若干串联的子拓扑电路，所述子拓扑电路包括低压电池及H桥电路，H桥电路连接于低压电池的两端，且H桥电路桥臂的中点为子拓扑电路的输出端，且多个子拓扑电路依次通过其输出端串联。每次仅一个功率管做高频开关，降低了系统损耗，实现了较高的转换效率；各个子拓扑轮流工作，实际上降低了整个拓扑工作的平均时间，即大大延长了系统拓扑的使用寿命。

技术研发人员：克里斯托弗·弗雷塔斯
受保护的技术使用者：瑞壳科技（上海）有限公司
技术研发日：2018.09.21
技术公布日：2019.01.18