一种用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器的制作方法

本发明涉及电能变换与新能源发电，具体地说，涉及一种用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器。

背景技术：

1、当今世界能源消耗日益加快，而新能源的开发与利用能在一定程度上改变我国能源结构，满足经济发展对于能源的需求并促进社会可持续发展。多电平逆变器具有电磁干扰小、器件耐压低以及输出波形质量高等优点，其在光伏发电和电机驱动等领域的应用得到广泛关注。

2、传统的多电平逆变器主要包括二极管钳位型、飞跨电容型和级联式多电平逆变器。二极管钳位型多电平逆变器是最先被提出的，其使用二极管对开关进行钳位以输出相应电平数的阶梯波，具有结构简单和控制方便的特点，但钳位二极管反向电压难以恢复。随后提出的飞跨电容钳位多电平逆变器利用飞跨电容代替二极管，平衡了功率开关的反向电压，但其仍然用算法来解决直流侧电容均压问题，且随着输出电平数的增加，所用功率器件数也大幅提高。

3、相比钳位型逆变器，级联式多电平逆变器将独立直流电源和h桥组成的基本单元串联，直流侧没有电容分压，自然也无需考虑电压平衡问题，并且每个开关的电压应力都被限定在基本单元的直流电源电压，便于逆变器进一步拓展。然而级联式逆变器采用了多个成本较高的直流电源，且输出端不具备电压增益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，以解决上述背景技术中提出的如何使电容器与直流电源串并联转换以进行周期性充放电，无需额外控制即可使电容电压自平衡，且能产生较高的电压增益的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，由开关电容单元和l型拓展单元构成，左右两端使用两个半桥转换输出电平的极性，两个电容可同时与直流电源并联充电，通过切换电容与电源串并联状态可产生三倍电压增益和七电压电平；

3、开关电容单元包括直流电源vdc、电解电容c1和电解电容c2、二极管d1、功率开关s5、功率开关s6、功率开关s7、功率开关s8和功率开关s9；

4、l型拓展单元包括功率开关s10、功率开关s11和功率开关s12、电解电容c3、二极管d2构成的l型结构；

5、两个半桥结构包括功率开关s1、功率开关s2、功率开关s3和功率开关s4。

6、作为优选，直流电源vdc的正极与功率开关s5的输入端以及二极管d1的正极相连接，直流电源vdc的负极与功率开关s6的输出端相连接；二极管d1的负极与功率开关s8的输入端以及电解电容c1的正极相连接；功率开关s9的输入端与功率开关s8的输出端以及电解电容c2的正极相连接，s9的输出端与功率开关s7的输入端以及电解电容c1的负极相连接；功率开关s6的输入端与功率开关s5和功率开关s7的输出端以及电解电容c2的负极相连接。

7、作为优选，功率开关s10的输入端与电解电容c3的正极相连接，功率开关s10的输出端与功率开关s11的输入端相连接；功率开关s12的输入端与功率开关s11的输出端以及电解电容c3的负极相连接，功率开关s12的输出端与二极管d2的正极相连接。

8、作为优选，功率开关s1的输入端与功率开关s10的输入端相连接，功率开关s1的输出端与功率开关s2的输入端相连接，功率开关s2的输出端与直流电源vdc的负极相连接；功率开关s3的输入端与电解电容c3的正极相连接，功率开关s3的输出端与功率开关s4的输入端相连接，功率开关s4的输出端与二极管d2的负极相连接。

9、作为优选，功率开关s1和功率开关s2工作在互补状态，功率开关s3和功率开关s4工作在互补状态，功率开关s5和功率开关s6工作在互补状态，功率开关s7和功率开关s8工作状态相同，且均与功率开关s9互补导通，功率开关s10和功率开关s11工作在互补状态。

10、作为优选，电解电容c1和电解电容c2工作状态相同，同时与直流电源vdc并联充电，电解电容c1、电解电容c2以及直流电源vdc三者串联后与电解电容c3并联。

11、作为优选，开关电容单元与l型拓展单元通过功率开关s11相连接。

12、作为优选，所有功率开关均为带有反并联二极管的mosfet或igbt。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果：

14、1、该用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器中，逆变器可实现六倍电压增益并输出十三电压电平。

15、2、该用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器中，拓扑结构由十二个功率开关、两个二极管和三个电解电容组成。有五个互补的开关对，且电容电压具有自平衡能力，这些特性有助于简化控制策略。

16、3、该用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器中，开关电容升压单元可与直流电源串联使输出端产生三倍的电压增益，然后结合l型拓展结构可进一步实现十三电平输出以及六倍的电压增益。

17、4、该用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器中，通过级联多个l型拓展单元，可使逆变器输出电平数和电压增益大幅提高，所有功率开关均带有反并联二极管，可为感性负载提供反向电流通道，使逆变器具备带感性负载的能力。

技术特征：

1.一种用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，其特征在于：由开关电容单元和l型拓展单元构成，左右两端使用两个半桥转换输出电平的极性，两个电容可同时与直流电源并联充电，通过切换电容与电源串并联状态可产生三倍电压增益和七电压电平；

2.根据权利要求1所述的用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，其特征在于：直流电源vdc的正极与功率开关s5的输入端以及二极管d1的正极相连接，直流电源vdc的负极与功率开关s6的输出端相连接；二极管d1的负极与功率开关s8的输入端以及电解电容c1的正极相连接；功率开关s9的输入端与功率开关s8的输出端以及电解电容c2的正极相连接，s9的输出端与功率开关s7的输入端以及电解电容c1的负极相连接；功率开关s6的输入端与功率开关s5和功率开关s7的输出端以及电解电容c2的负极相连接。

3.根据权利要求1所述的用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，其特征在于：功率开关s10的输入端与电解电容c3的正极相连接，功率开关s10的输出端与功率开关s11的输入端相连接；功率开关s12的输入端与功率开关s11的输出端以及电解电容c3的负极相连接，功率开关s12的输出端与二极管d2的正极相连接。

4.根据权利要求1所述的用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，其特征在于：功率开关s1的输入端与功率开关s10的输入端相连接，功率开关s1的输出端与功率开关s2的输入端相连接，功率开关s2的输出端与直流电源vdc的负极相连接；功率开关s3的输入端与电解电容c3的正极相连接，功率开关s3的输出端与功率开关s4的输入端相连接，功率开关s4的输出端与二极管d2的负极相连接。

5.根据权利要求1所述的用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，其特征在于：功率开关s1和功率开关s2工作在互补状态，功率开关s3和功率开关s4工作在互补状态，功率开关s5和功率开关s6工作在互补状态，功率开关s7和功率开关s8工作状态相同，且均与功率开关s9互补导通，功率开关s10和功率开关s11工作在互补状态。

6.根据权利要求1所述的用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，其特征在于：电解电容c1和电解电容c2工作状态相同，同时与直流电源vdc并联充电，电解电容c1、电解电容c2以及直流电源vdc三者串联后与电解电容c3并联。

7.根据权利要求1所述的用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，其特征在于：开关电容单元与l型拓展单元通过功率开关s11相连接。

8.根据权利要求1所述的用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，其特征在于：所有功率开关均为带有反并联二极管的mosfet或igbt。

技术总结
本发明涉及电能变换与新能源发电技术领域，具体为一种用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器，由开关电容单元和L型拓展单元构成，左右两端使用两个半桥转换输出电平的极性，两个电容可同时与直流电源并联充电，通过切换电容与电源串并联状态可产生三倍电压增益和七电压电平；开关电容单元包括直流电源Vdc、电解电容C1和电解电容C2、二极管D1、功率开关S5、功率开关S6、功率开关S7、功率开关S8和功率开关S9。该用于分布式能源接入的互联电网高增益逆变器能够使电容器与直流电源串并联转换以进行周期性充放电，无需额外控制即可使电容电压自平衡，且能产生较高的电压增益。

技术研发人员：邓正东,杨金东,施辉选,李天权,段军鹏,尹兴隆,胡艳,许航,蒋陈根,俞倩倩,李思辰
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司楚雄供电局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15