[发明专利]内置并联分时选择开关电压型单级多输入非隔离逆变器

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非隔离逆变器，其特征在于：这种逆变器是由双向功率流n输入单输出高频逆变电路、输出滤波器依序级联构成，并且双向功率流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；所述的双向功率流n输入单输出高频逆变电路是由n路双向功率流内置并联分时选择四象限功率开关的单输入单输出高频逆变电路构成，在任意时刻只有一路双向功率流内置并联分时选择四象限功率开关的单输入单输出高频逆变电路工作,每路单输入单输出高频逆变电路均为全桥式或半桥式结构；所述每路全桥式和半桥式高频逆变电路的左、右上桥臂均各由1个能承受双向电压应力、双向电流应力的内置并联分时选择四象限功率开关构成且半桥式高频逆变电路左上桥臂的内置并联分时选择四象限功率开关还串联一个电容，所述每路全桥式高频逆变电路的左、右下桥臂均各由1个能承受单向电压应力、双向电流应力的两象限功率开关构成，所述每路半桥式高频逆变电路的左、右下桥臂分别由1个电容和一个能承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关构成，所述每路全桥式和半桥式高频逆变电路左、右上桥臂的内置并联分时选择四象限功率开关的一端均分别连接在一起、另一端均与该路输入滤波器的输出端相连接；所述的输出滤波器为L滤波器，或LC滤波器，或LCL滤波器；所述逆变器的双向功率流n输入单输出高频逆变电路将n路输入直流电压源U_i1、U_i2、…、U_in调制成电平幅值随输入源电压变化的双极性两态或单极性三态的n电平SPWM电压波，经输出滤波器后在单相交流负载上获得正弦交流电压或并网正弦电流；所述全桥式电路的双极性两态和单极性三态n电平SPWM电压波的+1态电平幅值均分别为U_i1、U_i2、…、U_in，当通过第n路输入源U_in回馈逆变器交流侧能量时-1态电平幅值为U_in，所述半桥式电路的双极性两态n电平SPWM电压波的+1态电平幅值分别为U_i1/2、U_i2/2、…、U_in/2，当通过第n路输入源U_in回馈逆变器交流侧能量时-1态电平幅值为U_in/2；所述逆变器的工作机理相当于n个电压型单输入逆变器在输出端电压的叠加，单、双极性SPWM控制时输出电压u_o与n路输入源电压、n路输入源电压调制度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、u_o＝(2m₁-1)U_i1+(2m₂-2m₁-1)U_i2+…+(2m_n-2m_n-1-1)U_in，0＜m₁、m₂、…、m_n＜1，m₁＜m₂＜…＜m_n；所述高频逆变电路两象限功率开关的电压应力均为U_imax，高频逆变电路第1、2、…、n路内置并联分时选择四象限功率开关的电压应力分别为U_i1、U_i2、…、U_in，仅半桥式电路左上桥臂第1、2、…、n路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∣，U_imax＝max(U_i1，U_i2，…，U_in)，N＝1、2、…、n；所述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高效非隔离降压逆变成一个负载所需的稳定正弦交流电。

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非隔离逆变器，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非隔离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滤波器、高频逆变器、高频变压器、周波变换器、输出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，单级隔离双向充放电变换器在储能设备放电和充电时分别等效于一个单级电压型高频环节DC-AC变换器和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个输入源最大功率输出能量管理控制策略，n个输入源均工作在最大功率输出方式，根据负载功率与n个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；负载功率大于n个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向负载提供所需的不足功率的供电模式Ⅱ，储能设备单独向负载供电的供电模式Ⅲ属于供电模式Ⅱ的极端情形，负载功率小于n个输入源的最大功率之和时系统工作在n个输入源输出的剩余能量通过单级隔离双向充放电变换器对储能设备充电的供电模式Ⅰ；对于输出滤波电容和负载而言，内置并联分时选择开关电压型单级多输入非隔离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；负载功率等于n个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，负载功率大于n个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负载所需的不足功率，负载功率小于n个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。