一种异构兼容拓扑结构的制作方法

1.本发明涉及电力电子储能领域，尤其涉及一种异构兼容拓扑结构。


背景技术：

2.模块化多电平混合变换器(modular multilevel hybrid converter,mmhc)是一种适用于电池梯次利用的新型储能变换器，它将独立的低压电池单元通过储能单元串联后输出多电平的直流高压，再经过一个h桥电路后变换为多电平交流电压。其中，由于串联的储能单元数量多，线路杂散电感大，h桥电路工作的时候电压尖峰大，而且h桥电路承受的直流电压幅值是不断变化的，导致其吸收电路设计困难，传统的吸收电路难以满足要求。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，提供一种异构兼容拓扑结构，能够有效抑制长线路电感造成的高电压尖峰，同时避免吸收电容高频充放电带来的发热问题。
4.一种异构兼容拓扑结构，其包括总电池组、小电池组、第一层拓扑均衡电路和若干个并联的第二层拓扑均衡电路和h桥模块；小电池组包括多个串联的相邻单体电池，总电池组包括多个串联的小电池组；第一层拓扑均衡电路包括多绕组变压器和控制开关，小电池组内的一个单体电池、控制开关k1_1和一个多绕组变压器的副绕组连接，形成第一层充电回路；小电池组、控制开关k1和多绕组变压器的原绕组连接，形成第一层放电回路；
5.第二层拓扑均衡电路包括变压器和两个控制开关，变压器的原绕组、控制开关s1和总电池组连接，形成第二层放电回路；变压器的副绕组、控制开关s1_1和小电池组连接，形成第二层充电回路。
6.优选的，多绕组变压器的副绕组数量为三个，小电池组内单体电池数量为三个。
7.包括h桥模块，所述h桥模块包括h桥电路和复合吸收电路，所述h桥电路和复合吸收电路并联。
8.优选的，所述h桥电路包括第一可控开关s1、第二可控开关s2、第三可控开关s3和第四可控开关s4，第一可控开关s1的集电极和第三可控开关s3的集电极连接作为正极输入端x1，第二可控开关s2的发射极和第四可控开关s4的发射极连接作为负极输入端x2，第一可控开关s1的发射极和第二可控开关s2的集电极连接作为第一交流输出端x3，第三可控开关s3的发射极和第四可控开关s4的集电极连接作为第二交流输出端x4。
9.优选的，所述复合吸收电路包括电容c、二极管d和电阻r，二极管d的阳极与h桥电路的正极输入端相连，二极管d的阴极串联电容c后再连接到h桥电路的负极输入端，电阻r并联在电容c的两端。
10.优选的，所述复合吸收电路还包括第二电容，所述第二电容的两端分别与h桥电路的正极输入端和负极输入端连接。
11.优选的，所述复合吸收电路包括电容c、电阻r和第二电容，所述电阻r的一端与h桥电路的正极输入端连接，另一端与电容c的一端连接，电容c的另一端与h桥电路的负极输入
端连接，所述第二电容的两端分别与h桥电路的正极输入端和负极输入端连接。
12.优选的，所述mmhc储能变换器还包括储能模块，所述储能模块的输出端与h桥电路的输入端连接，所述储能模块包括至少一组相连接的电池和储能单元，储能单元的输出端相互串联组成储能模块，储能模块设有正极输出端和负极输出端。
13.优选的，所述mmhc储能变换器包括三个储能模块，所述h桥模块包括三个h桥电路，所述h桥电路的一个输出端相连接而不引出作为公共连接端，三个h桥电路的另一个输出端作为三相输出端。
14.与现有技术相比本发明的有益效果为：1.通过复合吸收电路，能够有效抑制尖峰电压的不同频率分量，减小h桥电路的电压应力；2.通过二极管箝位作用使得箝位电容的电压基本保持稳定，避免大电容的频繁充放电带来的损耗和发热问题。
附图说明
15.图1是本发明的电池组拓扑结构均衡电路结构图；
16.图2是mmhc变换器的单相电路结构图；
17.图3是单电容吸收电路结构图；
18.图4是电容电阻串联吸收电路结构图；
19.图5是实施例1的复合吸收电路图；
20.图6是实施例2的复合吸收电路图；
21.图7是实施例3的复合吸收电路图。
22.附图中标记：1
‑
电池，2
‑
储能单元，3
‑
h桥电路，4
‑
复合吸收电路。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
24.如图1所示，一种电池组双层拓扑结构均衡电路，包括：3n个单体电池依次串联组成的总电池组，n个第一层拓扑均衡电路以及n个第二层拓扑均衡电路。其中每3个相邻的单体电池组合成一个小电池组，小电池组与第一层拓扑均衡电路输入端相连，单体电池与第一层拓扑均衡电路的输出端相连。总电池组与所有第二层拓扑均衡电路的输入端相连，每个小电池组与一个第二层拓扑均衡电路的输出端相连，同层的各个均衡电路之间相互并联，互不干扰。
25.一种mmhc储能变换器，包括h桥模块，如图1～图6所示，所述h桥模块包括h桥电路3和复合吸收电路4，所述h桥电路和复合吸收电路并联。mmhc储能变换器中，由于线路电感的影响，会在h桥电路3的输入端x1与x2之间产生较高的尖峰电压，同时h桥电路3的输入电压是时刻变化的，复合吸收电路4能够有效抑制尖峰电压的不同频率分量，减小h桥电路3的电压应力。
26.所述h桥电路包括第一可控开关s1、第二可控开关s2、第三可控开关s3和第四可控开关s4，第一可控开关s1的集电极和第三可控开关s3的集电极连接作为正极输入端x1，第二可控开关s2的发射极和第四可控开关s4的发射极连接作为负极输入端x2，第一可控开关s1的发射极和第二可控开关s2的集电极连接作为第一交流输出端x3，第三可控开关的发射
极s3和第四可控开关s4的集电极连接作为第二交流输出端x4。h桥电路用于将输入直流电压转变成交流电压。其中，第一可控开关s1、第二可控开关s2、第三可控开关s3和第四可控开关s4，可以采用全控型开关，如igbt或mosfet开关。
27.实施例1
28.所述复合吸收电路包括电容c、二极管d和电阻r，如图4所示，二极管d的阳极与h桥电路的正极输入端相连，二极管d的阴极串联电容c后再连接到h桥电路的负极输入端x2，电阻r并联在电容c的两端。电阻r用于消耗吸收电容c所吸收的电压尖峰能量，由于二极管d的箝位作用，电容c中的能量通过电阻r缓慢释放，而不会快速释放到h桥电路中，因此电容c的电压基本保持稳定，避免大电容的频繁充放电带来的损耗和发热问题，当h桥电路两输入端的电压尖峰超过电容c的电压时，二极管d才导通，从而起到吸收尖峰能量的作用。
29.实施例2
30.与实施例1不同的是，如图5所示，所述复合吸收电路还包括第二电容c2，所述第二电容的两端分别与h桥电路的正极输入端和负极输入端连接。二极管d由关断到导通需要一定的时间，第二电容c2用于吸收极高频的尖峰能量，而实施例1中电容c、二极管d和电阻r组成的复合吸收电路用于吸收其余大部分尖峰能量。
31.实施例3
32.复合吸收电路的另一种结构：包括电容c、电阻r和第二电容c2，电阻r的一端与h桥电路的正极输入端连接，另一端与电容c的一端连接，电容c的另一端与h桥电路的负极输入端连接，第二电容c2的两端分别与h桥电路的正极输入端x1和负极输入端x2连接。利于降低成本，适用于线路电感较小的场合。
33.mmhc储能变换器的单相电路结构如图1所示，由于线路电感的影响，在h桥电路的直流输入端x1与x2之间产生较高的尖峰电压。单电容吸收电路是在h桥电路的直流输入端x1与x2之间并联一个电容来抑制电压尖峰，如图2所示。但是由于在mmhc储能变换器中，h桥电路的直流输入电压是时刻变化的，导致电容频繁充放电，发热严重，而且电容也容易与线路电感谐振引起电压电流振荡。为抑制振荡，可将电容与一个阻尼电阻串联后再并联在h桥输入侧，组成电容电阻串联吸收电路，如图3所示。但此时不仅电阻发热严重，而且吸收效果也会变差。
34.本发明还可以包括储能模块，如图1所示，所述储能模块的输出端与h桥电路的输入端连接，所述储能模块包括至n组相连接的电池1和储能单元2，其中n为大于2的自然数，储能单元2的输出端相串联组成储能模块，储能模块设有正极输出端和负极输出端，所述正极输出端与h桥电路的正极输入端x1连接，负极输出端与h桥电路的负极输入端x2连接。
35.在一个具体实施例中，所述h桥模块包括三个h桥电路3，所述mmhc储能变换器包括三个储能模块，所述h桥模块包括三个h桥电路，所述h桥电路的一个输出端相连接而不引出作为公共连接端，三个h桥电路的另一个输出端作为三相输出端。将三个储能模块的直流电压转换成三相交流电压。
36.以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。