CN100463351C - 无变压器型的电力转换器结构 - Google Patents
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Abstract
一种无变压器型的电力转换器结构，是以升压型转换器(boostconverter)及降压型转换器(buck-boost converter)搭配半桥式反流器(half-bridge inverter)为其结构，能将再生能源或分布式能源所提供的直流电源，转换成为交流电源后馈入市电，因无需使用变压器，所以可避免直流侧与交流侧共地的问题，进而缩小体积、降低制作成本，同时兼顾其转换效率的提升。
Description
技术领域
本发明是为一种电力转换器，更为一种无变压器型的电力转换器结构，特别是一种针对将再生能源或分布式能源馈入市电的无变压器型的电力转换器结构。
背景技术
随着工业不断的进步发展，整体环境对于电力能源的需求与日俱增，但是现有能源短缺的现象却是日益严重，而且在环保意识抬头的情况下，目前若是须设置新的能源电厂势必较窒碍难行，因此则势必推广再生能源的利用，若是将再生能源有效的转换成为一般的市用电力来源，势必成为未来人类努力的方向，此一方向同时也是近年来，各先进国家兼顾能源与环保的重要发展政策。
太阳光发电系统可分为独立型、并联型及混合型三种，其中并联型的太阳光电发电系统通过电力调节器，可将产生的电力全部馈入市电，成为电力系统上的一个小型发电机，系统所发的电力可供给附近的电器产品使用，若有多余的电力则逆送回电力系统，并联型电力调节器可直接将再生能源或分布式能源转换的电能馈入公用电力网络，且不需要体积庞大、价格昂贵且不易维护的电池组，可构成分布式的发电系统，目前这种新型态的电力产生方式，已间接促进低成本高效能发电技术的发展。
而电力的馈入则需要通过电力转换的过程，已知的电力转换结构可以包含有以下方式：
通过前述各种形式的转换结构的运用，则可将再生能源或分布式能源转换的电能馈入公用电力网络中。
由于再生能源发电设备常与电力系统并联运转，基于安全考量，已知发电设备必须加装一隔离变压器与电力系统隔离，但是加装隔离变压器将使发电设备的成本增加，同时体积亦会增大且转换效率低；若是使用单级电力转换结构，其直流输入电压操作范围较小，将使得转换器运用范围受限制，故已知技术仍存在有许多缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种无变压器型的电力转换器结构，在于改善已知技术的缺点，进而缩小转换器体积并提升转换效率，本发明是以升压型转换器(boost converter)及降压型转换器(buck-boost converter)搭配半桥式反流器(half-bridge inverter)为其结构，能将再生能源或分布式能源所提供的直流电源，转换成为交流电源后馈入市电，因无需使用变压器，且可避免直流侧与交流侧共地的问题。
本发明一种无变压器型的电力转换器结构，用以将一直流电源转换为一交流电源，其特征在于，该电力转换器结构包含有：
一升压型转换器，该升压型转换器与一直流电压侧连接，该升压型转换器用以将不同输入的该直流电压转换为一固定输出直流电压；
一降压型转换器，该降压型转换器与该直流电压侧连接，该降压型转换器用以将不同输入的该直流电压转换为该固定输出直流电压；及
一反流器电路，该反流器电路与该升压型转换器及该降压型转换器连接，该反流器电路用以将该固定输出直流电压转换为该交流电压并传送至一交流电压侧。
其中该反流器电路还为至少一组半桥式反流器所组成。
其中该升压型转换器还设置有一旁路回路，该旁路回路用以当输入的该直流电压大于该固定输出直流电压时，将该直流电压加以旁路至一输出端。
其中该直流电压侧还为一接地交流市电系统。
其中该直流电压侧还为一非接地交流市电系统。
其中该交流电压侧还为一三相三线式三角接法的交流市电系统。
其中该交流电压侧还为该三相三线式三角接法其中一相接地的交流市电系统。
其中该交流电压侧还为一三相三线式V接法其中一相接地的交流市电系统。
其中该反流器电路还连接一隔离变压器。
其中该交流电压侧还为一三相四线式Y接的交流市电系统。
附图说明
有关本发明的详细内容及技术，兹就配合图式说明如下：
图1为本发明无变压器型的电力转换器结构第一实施例示意图；
图2A为单组直流转直流的转换器结构涟波电流示意图；
图2B为本发明双组直流转直流的转换器结构涟波电流示意图；及
图3为本发明无变压器型的电力转换器结构第二实施例示意图。
具体实施方式
本发明是为一种无变压器型的电力转换器结构，此结构包含有直流电源侧10、交流电源侧20及电力转换器30，首先请参照“图1”，为本发明无变压器型的电力转换器结构第一实施例示意图。
此图标为本发明的三相双级电力转换器结构，左侧为电源组V1及电容组件C5所组成的直流电源侧10，此电源组V1即可为再生能源或分布式能源(如太阳能电池等)，而电容组件C5则为直流输入稳压电容，而右侧则为电容组件C3、C4、电感组件L3、L4及电源组V2、V3、V4所组成的交流电源侧20，当直流电源介由直流电源侧10输入后，则直接由电力转换器30加以转换成为交流电源，再馈入交流电源侧20，即可达成本发明的目的。
而电力转换器30中则设置有升压型转换器31(boost converter)、降压型转换器32(buck-boost converter)及反流器单元33(half-bridgeinverter)，其中升压型转换器31中包含有电感组件L1、主动式开关组件Q5、被动式开关组件D1、D3及电容组件C1，当直流电源流经主动式开关组件Q5，将能量储存于电感L1中，因此电容组件C1的两侧会产生一组固定输出直流电源，而被动组件D3则形成一旁路回路，并于直流电源侧10输入电流过大时，直接将能量旁路至电容组件C1，如此可减少升压型转换器31因切换所造成的功率损失，进而提高转换效率；而降压型转换器32中则包含有电感组件L2、主动式开关组件Q6、被动式开关组件D2及电容组件C2，当直流电源流经主动式开关组件Q6，将能量储存于电感L2中，同样于电容组件C2的两侧会产生一组固定输出直流电源。
而反流器单元33中可包含有2组半桥式反流器，是以主动式开关组件Q1、Q2、Q3、Q4组成，当主动式开关组件Q1导通时，电流路径由电容组件C1的正端流出，经由主动式开关组件Q1及电容组件C3后流回电容组件C1的负端；而当主动式开关组件Q2导通时，电流路径由电容组件C2的负端流出，经由主动式开关组件Q2及电容组件C3后流回电容组件C2的正端；而当为配合直流电源侧10接地，将连接点(Node1)与直流侧接地DG连接，而当交流电源侧20为接地系统时，则将连接点(Node2)与交流侧接地AG连接，此时2个连接点(Node1、Node2)皆为接地点。
通过了前述的升压型转换器31及降压型转换器32(直流转直流电路)，即可将原本的单一直流电源转换成为双直流电源，如此当直流电源侧10与交流电源侧20均为接地系统时，便可提供转换电路一个共同的连接点(Node1)作为接地，同时使此双直流电源有适当的回路将能量传递至交流电源侧20。
接下来请继续参照“图2A”，为单组直流转直流的转换器结构涟波电流示意图。
若是仅使用一组直流转直流的转换器结构，以相同输出容量规格的电路结构直流转直流的转换器结构的两倍，由于本发明是使用两组直流转直流的转换器结构，故直流转换转换器输入电流降低为原来的一半，使得直流输入端稳压电容器的涟波电流IC成份相对降低，请参照“图2B”，为本发明双组直流转直流的转换器结构涟波电流示意图，其中I1为直流侧输入电流，而I2为转换器输入电流，由于直流侧输入电流I1来自于太阳能电池等单元，而太阳能电池仅能提供直流电流，所以交流涟玻的成分则需仰赖电容组件C5提供，图中可明显看出本发明双组的涟波电流则远小于单组的涟波电流。
由于电容组件的体积与容量大小与所能提供的涟波电流成正比，因此减小电容组件的涟波电流，将有助于减小电容组件的体积与容量，本发明使用双组直流转直流的转换电路，进而使流经电容组件C5的涟波电流相对减小，如此在选择电容组件时，可选用体积与容量较小的电容组件，可有效缩减整体电力转换器的体积。
本发明在不违反同一发明精神之下，更可使用单相双级的方式加以实施，请继续参照“图3”，为本发明无变压器型的电力转换器结构第二实施例示意图。
此图标为本发明的单相双级电力转换器结构，左侧为电源组V1及电容组件C5所组成的直流电源侧10，此电源组V1同样可为再生能源或分布式能源(如太阳能电池等)，而电容组件C5则为直流输入稳压电容，而右侧则为电容组件C3、电感组件L3及电源组V2所组成的交流电源侧20，当直流电源介由直流电源侧10输入后，则直接由电力转换器30加以转换成为交流电源，再馈入交流电源侧20，即可达成本发明的目的。
而电力转换器30中同样设置有升压型转换器31(boost converter)、降压型转换器32(buck-bost converter)及反流器单元33(half-bridgeinverter)，其中升压型转换器31与降压型转换器32中各组件与三相双级转换结构相同，故在此则不再赘述，而反流器单元33中则仅包含有1组半桥式反流器，是以主动式开关组件Q1、Q2组成，当主动式开关组件Q1导通时，电流路径由电容组件C1的正端流出，经由主动式开关组件Q1及电容组件C3后流回电容组件C1的负端；而当主动式开关组件Q2导通时，电流路径由电容组件C2的负端流出，经由主动式开关组件Q2及电容组件C3后流回电容组件C2的正端，同样可达成双直流电源转换的功效。
本发明的电源转换结构输入直流侧可以是接地或非接地交流市电系统，且通过本发明的电力转换器30，可以与众多种型态的交流电源侧20来做连结，如：三相三线式三角接法的交流市电系统、三相三线式三角接法其中一相接地的交流市电系统及三相三线式V接法其中一相接地的交流市电系统，如反流器单元33输出端连接一隔离变压器，则更可连接三相四线式Y接的交流市电系统，来顺利的将电源馈入市用电力系统的中。
虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。
Claims (10)
1.一种无变压器型的电力转换器结构，用以将一直流电源转换为一交流电源，其特征在于，该电力转换器结构包含有：
一升压型转换器，该升压型转换器与一直流电压侧连接，该升压型转换器用以将不同输入的该直流电压转换为一固定输出直流电压；
一降压型转换器，该降压型转换器与该直流电压侧连接，该降压型转换器用以将不同输入的该直流电压转换为该固定输出直流电压；及
一反流器电路，该反流器电路与该升压型转换器及该降压型转换器连接，该反流器电路用以将该固定输出直流电压转换为该交流电压并传送至一交流电压侧。
2.如权利要求1所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该反流器电路还为至少一组半桥式反流器所组成。
3.如权利要求1所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该升压型转换器还设置有一旁路回路，该旁路回路用以当输入的该直流电压大于该固定输出直流电压时，将该直流电压加以旁路至一输出端。
4.如权利要求1所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该直流电压侧还为一接地交流市电系统。
5.如权利要求1所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该直流电压侧还为一非接地交流市电系统。
6.如权利要求1所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该交流电压侧还为一三相三线式三角接法的交流市电系统。
7.如权利要求6所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该交流电压侧还为该三相三线式三角接法其中一相接地的交流市电系统。
8.如权利要求1所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该交流电压侧还为一三相三线式V接法其中一相接地的交流市电系统。
9.如权利要求1所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该反流器电路还连接一隔离变压器。
10.如权利要求9所述无变压器型的电力转换器结构，其特征在于，其中该交流电压侧还为一三相四线式Y接的交流市电系统。
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