[发明专利]内置并联分时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器

权利要求书

1.一种内置并联分时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器，其特征在于：这种逆变器是由内置并联分时选择开关的双向功率流n输入单输出高频逆变电路、输出低频隔离变压滤波电路依序级联构成，并且内置并联分时选择开关的双向功率流n输入单输出高频逆变电路的每路输入端均级联一路输入滤波器，n路输入滤波器共地，n为多输入源的路数，n为大于1的自然数；内置并联分时选择开关的双向功率流n输入单输出高频逆变电路是由n路并联分时选择双向功率流四象限功率开关电路、双向功率流两象限功率开关构成，或仅由n路并联分时选择双向功率流四象限功率开关电路构成，在任意时刻相当于只有一路并联分时选择四象限功率开关工作的双向功率流单输入单输出高频逆变电路；n路并联分时选择双向功率流四象限功率开关电路一侧的n路漏极与n路输入滤波器输出端一一对应连接，另一侧的n路漏极并接成公共漏极端,每路并联分时选择双向功率流四象限功率开关电路仅由两个源极相连的两象限功率开关反向串联构成；输出低频隔离变压滤波电路是由低频变压器、输出滤波器，或由含低频变压器原边漏感的输出滤波电感、低频变压器、输出滤波电容，或由输出滤波器、低频变压器依序级联构成；内置并联分时选择开关的双向功率流n输入单输出高频逆变电路为推挽式、推挽正激式、半桥式、全桥式结构，推挽式电路是由两个n路并联分时选择双向功率流四象限功率开关电路构成、两个非公共漏极端的n路漏极均与n路输入滤波器输出端一一对应连接、两个公共漏极端与低频变压器原绕组的两端相连接、低频变压器原绕组的中心抽头与n路输入源的负极性端相连接，推挽正激式电路是由两个n路并联分时选择双向功率流四象限功率开关电路和一个两象限功率开关及一个箝位电容构成、两个非公共漏极端的n路漏极均与n路输入滤波器输出端一一对应连接、两个公共漏极端分别与低频变压器一个原绕组的“·”端和另一个原绕组的非“·”端相连接、两象限功率开关的源极和漏极分别与低频变压器一个原绕组的非“·”端和另一个原绕组的“·”端相连接且其源极与n路输入源的负极性端相连接、箝位电容两端分别与低频变压器两个原绕组的“·”端相连接，半桥式电路是由两个n路并联分时选择双向功率流四象限功率开关电路和一个两象限功率开关及两个桥臂电容构成、两个非公共漏极端的n路漏极均与n路输入滤波电感输出端一一对应连接、两个公共漏极端分别与左上桥臂电容正极性端和输出低频隔离变压滤波电路的一个输入端相连接、两象限功率开关的漏极和源极分别与输出低频隔离变压滤波电路的一个输入端和n路输入源的负极性端相连接、左下桥臂电容正极性端和左上桥臂电容负极性端均与输出低频隔离变压滤波电路的另一个输入端相连接、左下桥臂电容负极性端与n路输入源的负极性端相连接，全桥式电路是由两个n路并联分时选择双向功率流四象限功率开关电路和两个两象限功率开关构成、两个非公共漏极端的n路漏极均与n路输入滤波器输出端一一对应连接、两个公共漏极端和两个两象限功率开关的漏极均分别与输出低频隔离变压滤波电路的两个输入端相连接、两个两象限功率开关的源极均与n路输入源的负极性端相连接；所述多输入低频环节逆变器的n输入单输出高频逆变电路将n路输入源电压U_i1、U_i2、…、U_in调制成幅值随输入源电压变化的双极性两态或单极性三态的多电平SPWM电压波，经输出低频隔离变压滤波电路后在单相交流负载上获得优质的正弦交流电压或正弦并网电流，双极性两态和单极性三态多电平SPWM电压波的+1态幅值均为U_i1N₂/N₁、U_i2N₂/N₁、…、U_inN₂/N₁或U_i1、U_i2、…、U_in，通过第n路输入源U_in回馈交流侧能量时的-1态幅值为U_inN₂/N₁或U_in，仅半桥式电路的多电平SPWM电压波+1态和-1态各电平幅值应乘以系数1/2，N₁、N₂分别为低频变压器原、副绕组匝数；单极性SPWM和双极性SPWM控制的多输入低频环节逆变器输出电压u_o与多输入源电压、低频变压器匝比、多输入源调制度m₁、m₂、…、m_n之间的关系分别为u_o＝[(m₁U_i1+(m₂-m₁)U_i2+…+(m_n-m_n-1)U_in)]N₂/N₁、u_o＝[(2m₁-1)U_i1+(2m₂-2m₁-1)U_i2+…+(2m_n-2m_n-1-1)U_in]N₂/N₁，0≤m₁＜m₂＜…＜m_n≤1，仅半桥式电路各项应乘以系数1/2；推挽式电路的n路并联分时选择四象限功率开关的电压应力分别U_i1+U_imax、U_i2+U_imax、…、U_in+U_imax，推挽正激式电路的n路并联分时选择四象限功率开关的电压应力分别为U_i1+U_imax、U_i2+U_imax、…、U_in+U_imax和max∣U_iN-U_i1∣、max∣U_iN-U_i2∣、…、max∣U_iN-U_in∣及两象限功率开关的电压应力为2U_imax，半桥式电路的n路并联分时选择四象限功率开关的电压应力分别为max∣U_iN-U_i1∣、max∣U_iN-U_i2∣、…、max∣U_iN-U_in∣和U_i1、U_i2、…、U_in及两象限功率开关的电压应力为U_imax，全桥式电路的n路并联分时选择四象限功率开关和两象限功率开关的电压应力分别为U_i1、U_i2、…、U_in和U_imax，U_imax＝max(U_i1，U_i2，…，U_in)，N＝1、2、…、n；所述多输入低频环节逆变器构成的独立供电系统采用第1、2、…、n-1路输入源输出功率固定和第n路输入源补充负载所需的不足功率的输出电压、输入电流瞬时值反馈双极性SPWM或单极性SPWM主从功率分配能量管理控制策略,所述多输入低频环节逆变器构成的并网发电系统采用第1、2、…、n路输入源输入电流瞬时值反馈双极性SPWM或单极性SPWM最大功率输出能量管理控制策略；所述多输入低频环节逆变器根据交流负载的大小通过控制n路内置并联分时选择四象限功率开关的导通与截止决定需要投入工作的输入源路数，n路输入源在一个高频开关周期内按U_i1、U_i2、…、U_in先后次序并联分时向交流负载供电，实现了n个共地、不稳定的输入直流电压单级低频隔离高效逆变成一个交流负载所需的稳定优质的正弦交流电。

2.根据权利要求1所述的内置并联分时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器，其特征在于：所述内置并联分时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器的输出端并接一个储能设备的单级隔离双向充放电变换器，以构成一个能充分利用n路输入源能量的输出电压稳定的独立供电系统；所述的单级隔离双向充放电变换器是由输入直流滤波器、高频逆变器、高频变压器、周波变换器、输出交流滤波器依序级联构成，周波变换器是由能承受双向电压应力和双向电流应力的四象限高频功率开关构成，储能设备放电是通过单级隔离双向充放电变换器将储能设备的直流电能直接单级逆变成交流负载电能进行的、此时单级隔离双向充放电变换器等效于一个单级电压型高频环节DC-AC变换器,储能设备充电是通过内置并联分时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器将n路输入源直流电能先逆变成交流电能再通过单级隔离双向充放电变换器将交流电能整流变换成储能设备的直流电能进行的、此时单级隔离双向充放电变换器等效于一个单级电流型高频环节AC-DC变换器；所述的独立供电系统采用具有单级隔离双向充放电变换器输出电压独立控制环路的n路输入源最大功率输出能量管理控制策略，n路输入源均工作在最大功率输出方式，根据交流负载功率与n路输入源最大功率之和的相对大小实时控制单级隔离双向充放电变换器的功率流大小和方向，实现系统输出电压的稳定和储能设备充放电的平滑无缝切换；交流负载功率大于n路输入源的最大功率之和时系统工作在储能设备通过单级隔离双向充放电变换器将直流电能单级逆变成交流电能向交流负载提供所需的不足功率的供电模式Ⅱ，储能设备单独向交流负载供电的供电模式Ⅲ属于供电模式Ⅱ的极端情形，交流负载功率小于n路输入源的最大功率之和时系统工作在n路输入源输出的剩余能量通过内置并联分时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器和单级隔离双向充放电变换器两级变换对储能设备充电的供电模式Ⅰ；对于输出交流滤波电容和交流负载而言，内置并联分时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器和单级隔离双向充放电变换器的输出端并接相当于两个交流电流源的并联叠加；将第1、2、…、n路输入源输出电流分别与第1、2、…、n路输入源最大功率点基准电流进行误差放大，第1、2、…、n路误差放大信号乘以正弦同步信号再分别与同一高频载波信号交截生成第1、2、…、n路信号控制n输入逆变器，n输入逆变器输出交流滤波电感电流与输出电压同频同相、输出有功功率，将系统输出电压与基准电压的误差放大信号与高频载波信号交截生成SPWM信号进行控制的所述充放电变换器的输出交流滤波电感电流与系统输出电压之间存在相位差θ、不同的相位差θ意味着输出不同大小和方向的有功功率；交流负载功率等于n路输入源的最大功率之和时θ＝90°、充放电变换器输出的有功功率为零，交流负载功率大于n路输入源的最大功率之和时输出电压减小、θ＜90°、充放电变换器输出有功功率即储能设备提供交流负载所需的不足功率，交流负载功率小于n路输入源的最大功率之和时输出电压增大、θ＞90°、充放电变换器输出负有功功率即n个输入源输出的剩余功率对储能设备充电。