[发明专利]一种直流侧电压自动平衡的电路拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明公开了一种直流侧电压自动平衡的电路拓扑结构及控制方法，所述拓扑结构包括第一逆变H桥、第一发电/储能单元、补偿开关、第二逆变H桥、第二发电/储能单元；所述第一发电/储能单元的两端分别与第一逆变H桥的正负极连接，所述第二发电/储能单元的两端分别与第一逆变H桥的正负极连接，所述第一逆变H桥的正极通过补偿开关与第二逆变H桥的正极连接，所述第一逆变H桥的一个输出端与第二逆变H桥的一个输出端连接。本发明有效降低了直流环节二次功率脉动、节省了直流电容，大大提升了系统的功率密度；同时节省了开关管导通、关断次数、降低了开关损耗，从而提高了系统效率。

技术领域

本发明属于多电平电力电子变换器及其控制领域，具体为一种直流侧电压自动平衡的电路拓扑结构及其控制方法。

背景技术

级联多电平变换器，是通过级联H桥，将直流侧的电压逆变成多个电平的电力电子变换器。在风电场，光伏电站，电动汽车充电站，储能电站和工业负载等大规模分布式能源与中高压配电网正在快速发展。级联多电平变换器可以大大降低器件的开关频率，同时变换器仍具有出色的谐波性能。级联多电平变换器可以通过在多个级之间分配高电压电平来达到高电压额定值。因此，额定功率和开关上的电压应力仍然很低。串联的多个H桥也使变换器可以直接连接到中压电网，而无需使用笨重的有损线频变压器。此外，每个H桥还可以在低电压下运行，从而有效降低了光伏模块的失配损耗。

直流母线电压平衡控制是常规级联H桥变换器的主要任务之一，传统的级联H桥变换器上直流侧的电压无法自动平衡，需要单独控制以实现电压均衡，而单独控制每个H桥直流侧的电压将使控制变得麻烦，同时也增加了电压传感器的使用，增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种直流侧电压自动平衡的电路拓扑结构及其控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种直流侧电压自动平衡的电路拓扑结构，包括第一逆变H桥、第一发电/储能单元、补偿开关、第二逆变H桥、第二发电/储能单元；

所述第一发电/储能单元的两端分别与第一逆变H桥的正负极连接，所述第二发电/储能单元的两端分别与第一逆变H桥的正负极连接，所述第一逆变H桥的正极通过补偿开关与第二逆变H桥的正极连接，所述第一逆变H桥的一个输出端与第二逆变H桥的一个输出端连接。

优选地，所述第一逆变H桥包括四个开关管S₁～S₄，所述开关管S₁的源极与开关管S₂的漏极连接，所述开关管S₂的源极与开关管S₄的源极连接，所述开关管S₄的漏极与开关管S₃的源极连接，所述开关管S₁的漏极与开关管S₃的漏极连接。

优选地，所述第一发电/储能单元由双有源桥与电解电容C₁并联组成，所述电解电容C₁的正极与第一逆变H桥的正极连接，所述电解电容C₁的负极与第一逆变H桥的负极连接。

优选地，所述补偿开关包含开关管S₅和S₆，开关管S₅和S₆均为由两个MOSFET或两个IGBT串联构成的双向开关；

所述开关管S₅的源极与开关管S₆的源极连接，开关管S₅的漏极与开关管S₃的漏极连接。

优选地，所述第二逆变H桥包括四个开关管S₇～S₁₀，所述第二逆变H桥的结构与第一逆变H桥相同。