[发明专利]带储能的串并联混合多电平变换器及双重移相PWM控制方法

说明书

本发明公开了一种带储能的串并联混合多电平变换器及双重移相PWM控制方法，多电平变换器由模块化功率单元经过先并联再串联的方式组成。多个功率单元并联连接组成并联组，多个并联组依次串联组成单相电气回路，其一端与电网对应相相连接，另一端作为公共端与其他两相的公共端连接。本发明采用模块化功率单元并联+串联的混合连接方式，实现变换器容量的倍增，但变换器对外体现为单台电压源型变换器特性，避免了多台电压源型变换器并联时动态均衡控制难度大的问题。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种带储能的串并联混合多电平变换器及双重移相PWM控制方法。

背景技术

在中高压大功率无功补偿与储能领域，级联H桥多电平拓扑由于其谐波含量低，开关频率低，不需要开关器件直接串联等优势得到广泛应用。然而在容量超过10MVA的应用场合中，一方面受开关器件限制，单台级联H桥多电平变换器已无法满足容量要求，需要多台变换器并联以扩充容量；另一方面，对应储能应用，单个H桥功率单元容量扩大后，配置的储能电池并联数量也相应增加。

多变换器并联应用时，需要解决各变换器的出力平衡问题，特别是在电网暂态过程中，并联变换器的动态出力难以达到理想的平衡效果，导致动态支撑能力弱。在构建以新能源为主要能源的新型电力系统时，需要配置大容量的有功无功动态支撑设备，以维持系统运行的稳定性，因此有必要研究新的拓扑方案，提升单台级联H桥多电平变换器的容量。

对于储能应用，电池直接并联数量越多，其整体特性受并联组中特性较差的单元影响越显著，而单个H桥容量的增大必然要伴随储能电池直接并联数量的增加，因此会影响储能系统整体性能的发挥。

目前关于混合级联H桥的技术均停留在不同结构H桥混合串联层面，对提升整体容量没有帮助，而传统H桥单元的结构不具有并联能力，难以并联应用。

发明内容

技术目的：针对现有技术中的缺陷，本发明公开了一种带储能的串并联混合多电平变换器及双重移相PWM控制方法，采用模块化功率单元并联+串联的混合连接方式，实现变换器容量的倍增，但变换器对外体现为单台电压源型变换器特性，避免了多台电压源型变换器并联时动态均衡控制难度大的问题。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种带储能的串并联混合多电平变换器，所述多电平变换器三相采用相同的拓扑结构，每相的拓扑结构中均主要由若干模块化功率单元经过先并联再串联的混合方式组成，其中，多个功率单元并联连接组成并联组，多个并联组依次串联组成单相电气回路，其一端作为所述多电平变换器三相之一，与电网对应三相连接，另一端作为公共端与所述多电平变换器另外两相的公共端连接。

优选地，所述并联组包含至少两个模块化功率单元，并联组中模块化功率单元个数由实际对多电平变换器的容量需求决定。

优选地，所述多个并联组依次串联组成单相电气回路，串联的级数由所述多电平变换器应用的电压等级决定。

优选地，所述模块化功率单元包含变换器、滤波电抗器和储能电池组；所述变换器的直流侧与储能电池组连接；所述变换器的交流侧一端串联滤波电抗器形成输出端~1，作为所述多电平变换器三相之一，与电网对应三相连接，变换器的交流侧另一端作为输出端~2，作为公共端与所述多电平变换器另外两相的公共端连接。

优选地，同一级并联组内的模块化功率单元的输出端~1相互连接，输出端~2相互连接；串联的模块化功率单元，上一级的输出端~2与下一级的输出端~1相连接。

优选地，所述变换器为H桥变换器、半桥变换器或混合H桥半桥变换器，H桥变换器采用两电平H桥变换器或三电平H桥变换器。

优选地，所述变换器的直流侧与储能电池组连接中，变换器的直流侧直接与储能电池组连接，或经过DC/DC变换器与储能电池组连接。