CN117674600B - 一种用于级联式储能的变流器电路 - Google Patents

一种用于级联式储能的变流器电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于级联式储能的变流器电路，含PCS单元，PCS单元包括：飞跨电容型三电平电路、单相全桥电路、滤波电容、第一放电电阻和第二放电电阻；所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述滤波电容的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述滤波电容的第二端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第三端与所述单相全桥电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第四端与所述单相全桥电路的第二端连接，所述单相全桥电路的第三端和第四端为交流输出端；所述滤波电容的第一端与所述第一放电电阻连接，所述滤波电容的第二端与所述第二放电电阻的第二端连接，所述第一放电电阻的第二端与所述第二放电电阻的第一端连接。

Description

一种用于级联式储能的变流器电路
技术领域
本发明涉及电力电子应用技术领域，尤其涉及一种用于级联式储能的变流器电路。
背景技术
随着储能逆变器技术的发展，高压级联式拓扑结构以其在成本、可靠性和灵活性等方面的优势，有着成为中、大功率储能主流解决方案的趋势，其中，储能变流器(PowerConversion System，简称PCS)以两电平单、双极型两种电气拓扑结构为主，其中，单极型拓扑结构简单、效率高、可靠性高，但为了降低二次谐波含量，提高电池的可靠性，往往需要配置较大尺寸的滤波电路，从而降低体积功率密度，此外，由于电池组出口电压范围较宽，增加变流器控制困难，导致运行效率低的问题；两电平双极型拓扑虽可一定程度地弥补单极型方案的不足，但是也存在运行效率降低的问题。
因此，亟需一种变流器电路，从而解决变流器在大功率储能***中运行效率低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种用于级联式储能的变流器电路，以提高变流器在大功率储能***中的运行效率。
为了解决上述问题，本发明一实施例提供一种用于级联式储能的变流器电路，包括：PCS单元；所述PCS单元包括：飞跨电容型三电平电路、单相全桥电路、滤波电容、第一放电电阻和第二放电电阻；
所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述滤波电容的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述滤波电容的第二端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第三端与所述单相全桥电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第四端与所述单相全桥电路的第二端连接，所述单相全桥电路的第三端和第四端作为交流输出端；所述滤波电容的第一端与所述第一放电电阻的第一端连接，所述滤波电容的第二端与所述第二放电电阻的第二端连接，所述第一放电电阻的第二端与所述第二放电电阻的第一端连接。
作为上述方案的改进，还包括：PCS单元金属框架、分压电路和电池簇电路；
所述PCS单元金属框架设置于PCS单元的外部；所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述电池簇电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述电池簇电路的第二端连接，所述电池簇电路的第一端与所述分压电路的第一端连接，所述电池簇电路的第二端与所述分压电路的第二端连接。
作为上述方案的改进，所述飞跨电容型三电平电路，包括：第一电容、第一均压电阻、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和电感；
所述第一电容的第一端与所述第一均压电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第一均压电阻的第二端连接；所述第一晶体管的第一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一晶体管的第二端分别与所述第一二极管的阳极连接、所述第一均压电阻的第一端和第二二极管的阴极连接；所述第二晶体管的第一端与所述第二二极管的阴极连接，所述第二晶体管的第二端分别与所述第二二极管的阳极、所述第三二极管的阴极和所述电感的第一端连接；所述第三晶体管的第一端与所述第三二极管的阴极连接，所述第三晶体管的第二端分别与所述第三二极管的阳极、所述第一均压电阻的第二端和第四二极管的阴极连接；所述第四晶体管的第一端与所述第四二极管的阴极连接，所述第四晶体管的第二端分别与所述第四二极管的阳极连接；
所述第一晶体管的第一端作为所述飞跨电容型三电平电路的第一端，所述第四晶体管的第二端作为所述飞跨电容型三电平电路的第二端，所述电感的第二端作为所述飞跨电容型三电平电路的第三端，所述第四二极管的阳极作为所述飞跨电容型三电平电路的第四端。
作为上述方案的改进，所述单相全桥电路，包括：第二电容、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；
所述第二电容的第一端与所述第五晶体管的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述第六晶体管的第二端连接；所述第五晶体管的第一端分别与所述第五二极管的阴极和所述第七晶体管的第一端连接，所述第五晶体管的第二端分别与所述第五二极管的阳极和所述第六二极管的阴极连接；所述第六晶体管的第一端与所述第六二极管的阴极连接，所述第六晶体管的第二端分别与所述第六二极管的阳极和所述第八二极管的阳极连接；所述第七晶体管的第一端与所述第七二极管的阴极连接，所述第七晶体管的第二端与所述第七二极管的阳极连接；所述第八晶体管的第一端与所述第八二极管的阴极连接，所述第八晶体管的第二端与所述第八二极管的阳极连接；
所述第二电容的第一端作为所述单相全桥电路的第一端，所述第二电容的第二端作为所述单相全桥电路的第二端，所述第五晶体管的第二端作为所述单相全桥电路的第三端，所述第八晶体管的第一端作为所述单相全桥电路的第四端。
作为上述方案的改进，所述分压电路，包括：第二均压电阻、第三均压电阻、第三电容和第四电容；
所述第二均压电阻的第一端与所述第三电容的第一端连接，所述第二均压电阻的第二端分别与所述第三电容的第二端和所述第三均压电阻的第一端连接；所述第三均压电阻的第一端与所述第四电容的第一端连接，所述第三均压电阻的第二端分别与所述第四电容的第二端连接；
所述第二均压电阻的第一端为所述分压电路的第一端，所述第三均压电阻的第二端为所述分压电路的第二端连接，所述第二均压电阻的第二端为所述分压电路的第三端。
作为上述方案的改进，所述电池簇电路，包括：若干电池模块；其中，每一所述电池模块互相串联。
作为上述方案的改进，还包括：若干金属壳体；其中，所述金属壳体设置于所述第一电容、所述第二电容、所述电感、所述第一均压电阻、所述第一放电电阻、所述第二放电电阻、所述滤波电容和每一所述电池模块的外侧。
作为上述方案的改进，所述PCS单元金属框架和若干所述金属壳体分别与所述分压电路的第三端连接。
作为上述方案的改进，还包括：第一电压采样通道、第二电压采样通道、第三电压采样通道、第一电流传感器和第二电流传感器；所述第一电压采样通道、第二电压采样通道、第三电压采样通道、第一电流传感器和第二电流传感器设置于所述PCS单元内；
所述第一电压采样通道与由所述第一放电电阻和所述第二放电电阻组成的支路并联，所述第二电压采样通道与所述第一电容并联；所述第三电压采样通道与所述第二电容并联；
所述第一电流传感器设置于所述滤波电容的第一端与电池簇电路的第一端之间，所述第二电流传感器设置于所述电感的第二端与第二电容的第一端之间。
由上可见，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种用于级联式储能的变流器电路，包括：PCS单元；所述PCS单元包括：飞跨电容型三电平电路、单相全桥电路、滤波电容、第一放电电阻和第二放电电阻；所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述滤波电容的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述滤波电容的第二端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第三端与所述单相全桥电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第四端与所述单相全桥电路的第二端连接，所述单相全桥电路的第三端和第四端作为交流输出端；所述滤波电容的第一端与所述第一放电电阻的第一端连接，所述滤波电容的第二端与所述第二放电电阻的第二端连接，所述第一放电电阻的第二端与所述第二放电电阻的第一端连接。本发明飞跨电容型三电平电路的高压侧可与电池***或电池电路连接，能够增加电池串联级数，提高直流侧电压和能量，弥补两电平输出电路能量密度低的不足；同时，由于三电平电路等效开关频率的提升，可以明显减小滤波器的体积，提高了***体积能量密度；此外，由于单套PCS单元直流能量传输能力的提升，有利于减少级联单元的数量，进而降低设备的总有功损耗和材料成本，提升运行效率和经济性。
进一步地，单相全桥通过全控型晶体管有规律地开关，实现直流侧与交流侧的能量传输，其直流侧电压可以通过调节飞跨电容三电平电路占空比实现调节。随着直流侧能量的增加，可通过晶体管并联提升能量传输能力。将多套单相全桥交流侧级联，可实现交流端电压的提升。提高直流侧电压的有利于交流侧电压的抬升。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的用于级联式储能的变流器电路的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的飞跨电容型三电平电路的电流流动的路径示意图；
图3是本发明另一实施例提供的飞跨电容型三电平电路的电流流动的路径示意图；
图4是本发明一实施例提供的电容器放电路径图；
图5是本发明一实施例提供的多个用于级联式储能的变流器电路组合的电路结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的多个用于级联式储能的变流器电路组合的电路结构示意图；
图7是本发明一实施例提供的电感的电流波形示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
见图1，图1是本发明一实施例提供的一种用于级联式储能的变流器电路的结构示意图，包括：包括：PCS单元；所述PCS单元包括：飞跨电容型三电平电路、单相全桥电路、滤波电容C12、第一放电电阻R12和第二放电电阻R13；
所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述滤波电容C12的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述滤波电容C12的第二端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第三端与所述单相全桥电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第四端与所述单相全桥电路的第二端连接，所述单相全桥电路的第三端和第四端作为交流输出端；所述滤波电容C12的第一端与所述第一放电电阻R12的第一端连接，所述滤波电容C12的第二端与所述第二放电电阻R13的第二端连接，所述第一放电电阻R12的第二端与所述第二放电电阻R13的第一端连接。
在一具体的实施例中，滤波电容与飞跨电容型三电平电路的高压侧连接，用以滤除飞跨电容型三电平电路的二倍频电流，起到稳定直流电压，保护电池的作用，电容器额定电压应根据电池簇的电压等级选取。
在一具体的实施例中，飞跨电容型三电平电路可以为Buck-Boost电路，单相全桥电路可以为H-bridge电路。
在一具体的实施例中，滤波电容两端连接两个放电电阻，起到泄放滤波电容和直流支撑电容能量的作用，放电电阻回路采用两只串联方案，降低散热量；放电电阻安装在PCS单元壳体构造等电位，中间点接PCS单元金属壳体降低电阻绝缘强度，以此消除PCS单元电压等级提升引发的绝缘能力不足问题。
在一具体的实施例中，R12、R13可采用铝壳绕线电阻，连接在滤波电容正、负极两端。
作为上述方案的改进，还包括：PCS单元金属框架、分压电路和电池簇电路；
所述PCS单元金属框架设置于PCS单元的外部；所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述电池簇电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述电池簇电路的第二端连接，所述电池簇电路的第一端与所述分压电路的第一端连接，所述电池簇电路的第二端与所述分压电路的第二端连接。
作为上述方案的改进，所述飞跨电容型三电平电路，包括：第一电容C11、第一均压电阻R11、第一晶体管T11、第二晶体管T12、第三晶体管T13、第四晶体管T14、第一二极管D11、第二二极管D12、第三二极管D13、第四二极管D14和电感L01；
所述第一电容C11的第一端与所述第一均压电阻R11的第一端连接，所述第一电容C11的第二端与所述第一均压电阻R11的第二端连接；所述第一晶体管T11的第一端与所述第一二极管D11的阴极连接，所述第一晶体管T11的第二端分别与所述第一二极管D11的阳极连接、所述第一均压电阻R11的第一端和第二二极管D12的阴极连接；所述第二晶体管T12的第一端与所述第二二极管D12的阴极连接，所述第二晶体管T12的第二端分别与所述第二二极管D12的阳极、所述第三二极管D13的阴极和所述电感L01的第一端连接；所述第三晶体管T13的第一端与所述第三二极管D13的阴极连接，所述第三晶体管T13的第二端分别与所述第三二极管D13的阳极、所述第一均压电阻R11的第二端和第四二极管D14的阴极连接；所述第四晶体管T14的第一端与所述第四二极管D14的阴极连接，所述第四晶体管T14的第二端分别与所述第四二极管D14的阳极连接；
所述第一晶体管T11的第一端作为所述飞跨电容型三电平电路的第一端，所述第四晶体管T14的第二端作为所述飞跨电容型三电平电路的第二端，所述电感L01的第二端作为所述飞跨电容型三电平电路的第三端，所述第四二极管D14的阳极作为所述飞跨电容型三电平电路的第四端。
在一具体的实施例中，在Buck-Boost电路中第一均压电阻为铝壳均压电阻，第一电容为飞跨电容，晶体管为功率半导体器件，4个功率半导体器件串联；飞跨电容连接在功率器件中间点，并联铝壳均压电阻，安装在PCS单元壳体形成等电位，起到器件串联均压作用；飞跨电容和均压电阻工作电压为高压侧电压的二分之一。
在一具体的实施例中，电感为铁芯滤波电感；Buck-Boost电路低压侧连接铁芯滤波电感，其电感量和体积随着开关频率的提高而减小；铁芯滤波电感的金属外壳与PCS单元金属框架连接，以达到泄放交变电流产生的磁通目的。
在一具体的实施例中，飞跨电容型三电平电路用以实现能量的双向流动。由于飞跨电容承担电压，功率器件开关仅承担高压侧电压的一半，也使得直流侧能够串联的电池数量是两电平电路的两倍，从而显著提升直流电压和直流侧能量减少PCS单元级联数量，提高***总体运行效率；此外，由于电路等效开关频率的提升，可以明显减小滤波器的体积，提高了***体积能量密度；均压电阻R11用于避免由于器件串联导致的不均压问题；设置两套电流传感器CT01、CT02，用于测量飞跨电容型三电平电路两端的电流，一方面用于故障保护，另一方面用于飞跨电容型三电平电路的闭环控制，使电路两端电压运行稳定；电感铁芯接至分压电路中点，泄放其运行过程中的电磁能，避免因能量积聚引发电感内部绝缘击穿问题。
为更好地说明，参见图2和图3，图2为飞跨电容型三电平电路在buck模式下的电流流动路径图，图3为飞跨电容型三电平电路在boost模式下的电流流动路径图；
如图2，当其运行在Buck模式时，占空比D＞0.5，能量从电池侧流向H-bridge电路，电池处在放电状态，H-bridge电路处在逆变运行模式，T11、T12对电感电流、输出电压进行闭环控制，同时利用T11、T12占空比差异对飞跨电容电压进行调节，T11和D14换流、T12和D13换流；
如图3，当其运行在Boost模式时，占空比D＜0.5，能量从H-bridge电路流向电池侧，电池处在充电状态，H-bridge电路在整流运行模式，T13、T14对电感电流、输出电压进行闭环控制，同时利用T13、T14占空比差异对飞跨电容电压进行调节，T13和D12换流、T14和D11换流。
作为上述方案的改进，所述单相全桥电路，包括：第二电容C01、第五晶体管T01、第六晶体管T02、第七晶体管T03、第八晶体管T04、第五二极管D01、第六二极管D02、第七二极管D03和第八二极管D04；
所述第二电容C01的第一端与所述第五晶体管T01的第一端连接，所述第二电容C01的第二端与所述第六晶体管T02的第二端连接；所述第五晶体管T01的第一端分别与所述第五二极管D01的阴极和所述第七晶体管T03的第一端连接，所述第五晶体管T01的第二端分别与所述第五二极管D01的阳极和所述第六二极管D02的阴极连接；所述第六晶体管T02的第一端与所述第六二极管D02的阴极连接，所述第六晶体管T02的第二端分别与所述第六二极管D02的阳极和所述第八二极管D04的阳极连接；所述第七晶体管T03的第一端与所述第七二极管D03的阴极连接，所述第七晶体管T03的第二端与所述第七二极管D03的阳极连接；所述第八晶体管T04的第一端与所述第八二极管D04的阴极连接，所述第八晶体管T04的第二端与所述第八二极管D04的阳极连接；
所述第二电容C01的第一端作为所述单相全桥电路的第一端，所述第二电容C01的第二端作为所述单相全桥电路的第二端，所述第五晶体管T01的第二端作为所述单相全桥电路的第三端，所述第八晶体管T04的第一端作为所述单相全桥电路的第四端。
在一具体的实施例中，单相全桥电路完成DC-AC双向能量流动，通过增、减器件并联数量，使其满足不同能量传输的要求，此外，提升功率器件的电压等级，还可以加强单相全桥电路高电压故障穿越能力。
在一具体的实施例中，在H-bridge电路中，第二电容为直流母线支撑电容；Buck-Boost电路的低压侧通过电感与H-bridge电路直流母线支撑电容连接；H-bridge电路不设置放电电阻，输出侧级联后构成储能***的交流端，H-bridge电路中的功率半导体器件根据能量传输需求，采用单只或多只并联的方式；Buck-Boost电路高压侧电压应高于H-bridge电路直流母线电压。
为更好地说明，Buck-Boost电路由PCS单元采用直流调试波和三角载波比较的调制方式，载波交错180°，以此实现对功率器件和飞跨电容电压的调节；T11与T14不同时导通，T12和T13不同时导通；
H-bridge电路由PCS单元采用正弦调试波和三角载波比较的调制方式，T01与T02不同时导通，T03与T04不同时导通。
在一具体的实施例中，图1还公开了二次电路部件，包括：驱动板和单元板；二次电路部件由AC/DC开关电源供电，通过隔离变压器从220V/50Hz站内取电，驱动板的供电和触发信号传输由单元板提供。
作为上述方案的改进，所述分压电路，包括：第二均压电阻R21、第三均压电阻R22、第三电容C21和第四电容C22；
所述第二均压电阻R21的第一端与所述第三电容C21的第一端连接，所述第二均压电阻R21的第二端分别与所述第三电容C21的第二端和所述第三均压电阻R22的第一端连接；所述第三均压电阻R22的第一端与所述第四电容C22的第一端连接，所述第三均压电阻R22的第二端分别与所述第四电容C22的第二端连接；
所述第二均压电阻R21的第一端为所述分压电路的第一端，所述第三均压电阻R22的第二端为所述分压电路的第二端连接，所述第二均压电阻R21的第二端为所述分压电路的第三端。
作为上述方案的改进，所述电池簇电路，包括：若干电池模块PN；其中，每一所述电池模块PN互相串联。
在一具体的实施例中，N为电池组数量，基于用户的需求自行调整。
作为上述方案的改进，还包括：若干金属壳体；其中，所述金属壳体设置于所述第一电容C11、所述第二电容C01、所述电感L01、所述第一均压电阻R11、所述第一放电电阻R12、所述第二放电电阻R13、所述滤波电容C12和每一所述电池组PN的外侧。
作为上述方案的改进，所述PCS单元金属框架和若干所述金属壳体分别与分压电路的第三端连接。
在一具体的实施例中，PCS单元金属框架、各金属壳体(也可额外包括各一、二次部件的壳体)连接至同一点，再接至分压电路中间点；分压电路由阻容元件串联构成，其正阴极接至电池簇正、阴极；因此，PCS单元功率部分、电池簇与壳体之间的电压差均为最高直流母线电压的二分之一；各一次部件的功率部分与最高直流母线电压的一半等电位悬浮。
作为上述方案的改进，还包括：第一电压采样通道PT21、第二电压采样通道PT11、第三电压采样通道PT01、第一电流传感器CT11和第二电流传感器CT01；所述第一电压采样通道PT21、第二电压采样通道PT11、第三电压采样通道PT01、第一电流传感器CT11和第二电流传感器CT01设置于所述PCS单元内；
所述第一电压采样通道PT21与由所述第一放电电阻R12和所述第二放电电阻R13组成的支路并联，所述第二电压采样通道PT11与所述第一电容C11并联；所述第三电压采样通道PT01与所述第二电容C01并联；
所述第一电流传感器CT11设置于所述滤波电容C12的第一端与电池簇电路的第一端之间，所述第二电流传感器设置于所述电感L01的第二端与第二电容C01的第一端之间。
在一具体的实施例中，在Buck-Boost电路高、低压侧分别安装电流传感器，该传感器具备采集直流电压和高频叠加交流分量的能力。
在一具体的实施例中，如图4所示，是电路中各电容器放电路径图。第二电容C01可以为直流支撑电容，直流支撑电容通过Buck-Boost变换器二极管向放电电阻放电；C11主要通过均压电阻R11放电；C12直接通过放电电阻放电。
在一具体的实施例中，如图5是图1的衍生拓扑形式。电池侧电流输出能力增加后，可对Buck-Boost电路进行并联连接，H-bridge电路可考虑采用器件并联方式，增加整个电路的双向能量传输的能力；
在一具体的实施例中，如图6是图1的衍生拓扑形式，电池电流不变，可将电池PACK分为两部分，两套Buck-Boost电路在低压侧并联，H-bridge电路可考虑采用器件并联方式，增加整个电路的双向能量传输的能力；
在一具体的实施例中，如图7是电感的电流波形图，主要分量为直流电流，叠加交流分量，频率为Buck-Boost电路开关频率的2倍。电感运行电流值受电感值和交、直流侧能量影响；电感量越低，各分量电流越大，体积越小；PCS单元传输能量越大，电感电流越大。此外，电池侧母线电压的变化也会影响电感运行电流值。
本实施例具有以下有益效果：由PCS单元组成；所述PCS单元包括：飞跨电容型三电平电路、单相全桥电路、滤波电容、第一放电电阻和第二放电电阻；所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述滤波电容的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述滤波电容的第二端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第三端与所述单相全桥电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第四端与所述单相全桥电路的第二端连接，所述单相全桥电路的第三端和第四端作为交流输出端；所述滤波电容的第一端与所述第一放电电阻的第一端连接，所述滤波电容的第二端与所述第二放电电阻的第二端连接，所述第一放电电阻的第二端与所述第二放电电阻的第一端连接。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于级联式储能的变流器电路，其特征在于，包括：PCS单元；所述PCS单元包括：飞跨电容型三电平电路、单相全桥电路、滤波电容、第一放电电阻、第二放电电阻、PCS单元金属框架、分压电路和电池簇电路；
所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述滤波电容的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述滤波电容的第二端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第三端与所述单相全桥电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第四端与所述单相全桥电路的第二端连接，所述单相全桥电路的第三端和第四端作为交流输出端；所述滤波电容的第一端与所述第一放电电阻的第一端连接，所述滤波电容的第二端与所述第二放电电阻的第二端连接，所述第一放电电阻的第二端与所述第二放电电阻的第一端连接；
所述PCS单元金属框架设置于PCS单元的外部；所述飞跨电容型三电平电路的第一端与所述电池簇电路的第一端连接，所述飞跨电容型三电平电路的第二端与所述电池簇电路的第二端连接，所述电池簇电路的第一端与所述分压电路的第一端连接，所述电池簇电路的第二端与所述分压电路的第二端连接；
所述飞跨电容型三电平电路，包括：第一电容、第一均压电阻、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和电感；
所述第一电容的第一端与所述第一均压电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第一均压电阻的第二端连接；所述第一晶体管的第一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一晶体管的第二端分别与所述第一二极管的阳极连接、所述第一均压电阻的第一端和第二二极管的阴极连接；所述第二晶体管的第一端与所述第二二极管的阴极连接，所述第二晶体管的第二端分别与所述第二二极管的阳极、所述第三二极管的阴极和所述电感的第一端连接；所述第三晶体管的第一端与所述第三二极管的阴极连接，所述第三晶体管的第二端分别与所述第三二极管的阳极、所述第一均压电阻的第二端和第四二极管的阴极连接；所述第四晶体管的第一端与所述第四二极管的阴极连接，所述第四晶体管的第二端分别与所述第四二极管的阳极连接；
所述第一晶体管的第一端作为所述飞跨电容型三电平电路的第一端，所述第四晶体管的第二端作为所述飞跨电容型三电平电路的第二端，所述电感的第二端作为所述飞跨电容型三电平电路的第三端，所述第四二极管的阳极作为所述飞跨电容型三电平电路的第四端；
所述分压电路，包括：第二均压电阻、第三均压电阻、第三电容和第四电容；
所述第二均压电阻的第一端与所述第三电容的第一端连接，所述第二均压电阻的第二端分别与所述第三电容的第二端和所述第三均压电阻的第一端连接；所述第三均压电阻的第一端与所述第四电容的第一端连接，所述第三均压电阻的第二端分别与所述第四电容的第二端连接；
所述第二均压电阻的第一端为所述分压电路的第一端，所述第三均压电阻的第二端为所述分压电路的第二端连接，所述第二均压电阻的第二端为所述分压电路的第三端。
2.根据权利要求1所述的用于级联式储能的变流器电路，其特征在于，所述单相全桥电路，包括：第二电容、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；
所述第二电容的第一端与所述第五晶体管的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述第六晶体管的第二端连接；所述第五晶体管的第一端分别与所述第五二极管的阴极和所述第七晶体管的第一端连接，所述第五晶体管的第二端分别与所述第五二极管的阳极和所述第六二极管的阴极连接；所述第六晶体管的第一端与所述第六二极管的阴极连接，所述第六晶体管的第二端分别与所述第六二极管的阳极和所述第八二极管的阳极连接；所述第七晶体管的第一端与所述第七二极管的阴极连接，所述第七晶体管的第二端与所述第七二极管的阳极连接；所述第八晶体管的第一端与所述第八二极管的阴极连接，所述第八晶体管的第二端与所述第八二极管的阳极连接；
所述第二电容的第一端作为所述单相全桥电路的第一端，所述第二电容的第二端作为所述单相全桥电路的第二端，所述第五晶体管的第二端作为所述单相全桥电路的第三端，所述第八晶体管的第一端作为所述单相全桥电路的第四端。
3.根据权利要求2所述的用于级联式储能的变流器电路，其特征在于，所述电池簇电路，包括：若干电池模块；其中，每一所述电池模块互相串联。
4.根据权利要求3所述的用于级联式储能的变流器电路，其特征在于，还包括：若干金属壳体；其中，所述金属壳体设置于所述第一电容、所述第二电容、所述电感、所述第一均压电阻、所述第一放电电阻、所述第二放电电阻、所述滤波电容和每一所述电池模块的外侧。
5.根据权利要求4所述的用于级联式储能的变流器电路，其特征在于，所述PCS单元金属框架和若干所述金属壳体分别与分压电路的第三端连接。
6.根据权利要求5所述的用于级联式储能的变流器电路，其特征在于，还包括：第一电压采样通道、第二电压采样通道、第三电压采样通道、第一电流传感器和第二电流传感器；所述第一电压采样通道、第二电压采样通道、第三电压采样通道、第一电流传感器和第二电流传感器设置于所述PCS单元内；
所述第一电压采样通道与由所述第一放电电阻和所述第二放电电阻组成的支路并联，所述第二电压采样通道与所述第一电容并联；所述第三电压采样通道与所述第二电容并联；
所述第一电流传感器设置于所述滤波电容的第一端与电池簇电路的第一端之间，所述第二电流传感器设置于所述电感的第二端与第二电容的第一端之间。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101272088A (zh) * 2008-05-07 2008-09-24 中国科学院电工研究所 风力发电***的背靠背飞跨电容变流器
CN102522913A (zh) * 2011-12-04 2012-06-27 中国科学院电工研究所 基于h全桥子单元的混合多电平变流拓扑及其控制方法
WO2021033412A1 (ja) * 2019-08-21 2021-02-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｄｃ／ｄｃ変換装置
CN112491255A (zh) * 2019-09-12 2021-03-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101272088A (zh) * 2008-05-07 2008-09-24 中国科学院电工研究所 风力发电***的背靠背飞跨电容变流器
CN102522913A (zh) * 2011-12-04 2012-06-27 中国科学院电工研究所 基于h全桥子单元的混合多电平变流拓扑及其控制方法
WO2021033412A1 (ja) * 2019-08-21 2021-02-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｄｃ／ｄｃ変換装置
CN112491255A (zh) * 2019-09-12 2021-03-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备

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