CN110323955B - 一种离网裂相器和逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种离网裂相器和逆变器系统，在一个实施例中，所述离网裂相器包括：第一输入端口和第二输入端口，分别与电源的第一相端口和第二相端口连接；第一输出端口和第二输出端口为第一负载提供第二电压，第二输出端口和第三输出端口为第二负载提供第三电压；第一电容和第二电容，第一电容连接在第一输出端口与第二输出端口之间，第二电容连接在第二输出端口和第三输出端口之间；第一开关电路和第二开关电路，第一开关电路和第二开关电路串联在第一输入端口和第二输入端口之间，第一开关电路和第二开关电路相互沿相反的方向单向导通；在第一开关电路和第二开关电路之间设置第一节点；电感，电感连接在第一节点和第二输出端口之间。

Description

一种离网裂相器和逆变器系统
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种离网裂相器和逆变器系统。
背景技术
逆变器是将直流电源逆变成交流电源的电源系统，广泛应用于光伏等新能源发电行业。作为发电的核心设备，逆变器将光伏组件优化后的直流逆变为交流，而后选择输送电网(并网)或者负载供电(离网)。如图1所示的现有技术中一种逆变器系统，其通常具备3个功率端口：直流输入端口、电池端口和交流输出端口，对应三个主要工作模式，分别为：将直流输入的太阳能直流电逆变为交流电，从交流输出端口输出并网；当市电停电时，将电池端口的直流电逆变为交流电，从交流输出端口输出给负载供电；将直流输入的太阳能直流电变换后给电池充电(储能)。
世界范围内的家用供电系统存在两种电压等级，220V电网系统和110V电网系统，而现在业界的并网逆变器，都是按照220V的系统设计的。
当逆变器并网运行时，对于220V的系统，交流端口连接到其火线和零线上；而对于日本/美国等使用110V系统的地区，逆变器的交流输出端口连接到110V系统的两根火线，其电压差为110V*1.732＝190.5V，接近220V。这样实现了全球范围内并网逆变器的统一化。
当市电异常时，逆变器可以断开与电网的连接，工作在离网模式下。如果逆变器接有电池，可以输出220V的交流电压，给220V系统用户的负载直接供电。但对于110V的系统来说，这个电压等级无法给110V系统的负载使用。这就需要对220V进行降压或裂相，使其输出电压降到110V左右，以供家用单相负载供电。
目前传统的逆变器系统中的离网裂相大都使用工频隔离变压器或自耦变压器进行裂相，然而工频隔离变压器或自耦变压器都存在体积大，质量大的问题，且在并网应用时会消耗能量，造成效率低。除此之外，离网应用时在切入到工频隔离变压器或自耦变压器后，变压器存在过渡过程，在这个过程中会出现很大的浪涌电流，容易烧断保险或粘死继电器，存在隐患。
发明内容
本申请的实施例提供了一种离网裂相器和逆变器系统，通过本申请提供的离网裂相器，实现对不同负载系统的供电要求；同时，将逆变器系统的变压器替换为本申请提供的离网裂相器后，可以解决由于变压器的存在，导致逆变器系统的体积过大问题和出现浪涌电流烧断保险或粘死继电器的安全隐患问题。
为了达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本申请提供一种离网裂相器，包括：第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口、第一电容、第二电容、第一开关电路、第二开关电路和电感；所述第一输入端口和所述第二输入端口，分别与电源连接；所述电源通过所述第一相端口和所述第二相端口提供第一电压；所述第一输出端口、所述第二输出端口和所述第三输出端口，所述第一输出端口和所述第二输出端口为第一负载提供第二电压，所述第二输出端口和所述第三输出端口为第二负载提供第三电压；所述第二电压和所述第三电压均小于所述第一电压；所述第一电容和所述第二电容，所述第一电容连接在所述第一输出端口与所述第二输出端口之间，所述第二电容连接在所述第二输出端口和所述第三输出端口之间；所述第一开关电路和所述第二开关电路，所述第一开关电路和所述第二开关电路串联在所述第一输入端口和所述第二输入端口之间，所述第一开关电路和所述第二开关电路相互沿相反的方向单向导通；其中在所述第一开关电路和所述第二开关电路之间设置有第一节点；所述电感，所述电感连接在所述第一节点和所述第二输出端口之间；其中，所述第一开关电路和所述第二开关电路让所述第一电容上的电量通过所述电感转移到所述第二电容上，或让所述第二电容上的电量通过所述电感转移到所述第一电容上。本申请实施例通过将离网裂相器两输入端口接入外接电源电路后，通过控制第一开关电路和第二开关电路的导通或关断，来控制第一电容C1和第二电容C2两端的电压，从而实现并对第一输出端口L1与第二输出端口N之间的电压和第二输出端口N与第三输出端口L2之间的电压进行调控，使该离网裂相器满足对不同负载系统的供电要求。
在另一个可能的实现中，还包括：驱动控制系统，所述驱动控制系统根据所述第一电容两端电压和所述第二电容两端电压来控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的进行单向导通。本申请通过驱动控制系统来控制第一开关电路和第二开关电路的单向导通，实现对离网裂相器的调控。
在另一个可能的实现中，当所述第一电容两端电压的电压值的绝对值大于所述第二电容两端电压的电压值的绝对值，且所述第一输出端口与所述第三输出端口之间的电压值为正值时，所述第二开关电路沿第三方向形成通路；当所述第一开关电路在第一方向形成通路，所述第一电容对所述电感进行放电；当所述第一开关电路在第一方向形成断路，所述电感通过所述第二开关电路沿第三方向对所述第二电容充电；或当所述第一电容两端电压的电压值的绝对值大于所述第二电容两端电压的电压值的绝对值，且所述第一输出端口与所述第三输出端口之间的电压值为负值时，所述第二开关电路沿第四方向形成通路；当所述第一开关电路在第二方向形成通路，所述第一电容对所述电感进行放电；当所述第一开关电路在第二方向形成断路，所述电感通过所述第二开关电路沿第四方向对所述第二电容充电；或当所述第一电容两端电压的电压值的绝对值小于所述第二电容两端电压的电压值的绝对值，且所述第一输出端口与所述第三输出端口之间的电压值为正值时，所述第一开关电路沿第一方向形成通路；当所述第二开关电路在所述第三方向形成通路，所述第二电容对所述电感进行放电；当所述第二开关电路形成断路，所述电感通过所述第一开关电路沿第一方向对所述第一电容充电；或当所述第一电容两端电压的电压值的绝对值小于所述第二电容两端电压的电压值的绝对值，且所述第一输出端口与所述第三输出端口之间的电压值为负值时，所述第一开关电路沿第二方向形成通路；当所述第二开关电路在所述第四方向形成通路，所述第二电容对所述电感进行放电；当所述第二开关电路形成断路，所述电感所述第一开关电路沿第二方向对所述第一电容充电；其中，所述第一方向和所述第二方向是相反方向，所述第三方向和所述第四方向是相反方向，且所述第一开关电路上电流沿所述第一方向流向所述电感的方向与所述第二开关电路上电流沿所述第三方向所述第三方向流向所述电感的方向相同。
在另一个可能的实现中，所述第一开关电路包括第一开关和第二开关，所述第二开关电路包括第三开关和第四开关，所述第一开关，用于让所述第一开关电路在所述第一方向形成通路或断路；所述第二开关，用于让所述第一开关电路在所述第二方向形成通路或断路；所述第三开关，用于让所述第二开关电路在所述第三方向形成通路或断路；所述第四开关，用于让所述第二开关电路在所述第四方向形成通路或断路。
在另一个可能的实现中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关由MOS管形成。
在另一个可能的实现中，驱动控制系统包括：采集器，用于采集所述第一电容两端电压、所述第二电容两端电压和所述电感的电流；电压调节器，用于接收所述第一电容两端电压的电压值与所述第二电容两端电压的电压值的差值，得到第一电流；电流调节器，用于接收所述生成电流和所述电感的电流，得到第四电压；所述驱动控制系统根据所述第一电容两端电压与所述第二电容两端电压中较大的电压值和所述第四电压，计算出用于控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的占空比。
第二方面，本申请提供一种离网裂相方法，其中，第一输入端口和第二输入端口，分别与电源连接；所述电源通过所述第一相端口和所述第二相端口提供第一电压；第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口；其中所述第一输出端口和所述第二输出端口为第一负载提供第二电压，所述第二输出端口和所述第三输出端口为第二负载提供第三电压；所述第二电压和所述第三电压均小于所述第一电压；包括：根据第一电容两端电压和第二电容两端电压的电压差，控制第一开关电路和第二开关电路中的一个电路导通，第一电容和第二电容中的一个电容对电感放电；所述第一电容连接在所述第一输出端口与所述第二输出端口之间，所述第二电容连接在所述第二输出端口和所述第三输出端口之间；所述第一开关电路和所述第二开关电路串联在所述第一输入端口和所述第二输入端口之间；其中在所述第一开关电路和所述第二开关电路之间设置有第一节点；所述电感连接在所述第一节点和所述第二输出端口之间；控制所述第一开关电路和所述第二开关电路中的另一个电路导通，所述电感对所述第一电容和所述第二电容中的另一个电容充电。
第三方面，本申请提供一种逆变器系统，包括：逆变器，用于将直流电信号转换成交流电信号；离网裂相器，所述离网裂相器为第一方面涉及到的任一可能实现的离网裂相器，所述电源有所述逆变器提供，所述电源的第一相端口和第二相端口为所述逆变器的两个输出相端口。本申请通过离网裂相器分压出不同电压后，能够满足于不同电压系统的负载供电的要求，且结构简单，相比变压器减小了体积和重量，使产品小型化，模块化，从而节省产品成本和运输成本。其次，本申请中的离网裂相器在并网时不工作，相比变压器并网时挂在电网侧消耗能量，提高了效率。
附图说明
下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术中一种逆变器系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种离网裂相器的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的当第一电容C1的相带载量小于第二电容C2的相带载量时的离网裂相器输出电压平衡过程的示意图；
图4为本申请实施例提供的当第一电容C1的相带载量大于第二电容C2的相带载量时的离网裂相器输出电压平衡过程的示意图；
图5为本申请实施例提供的当第一电容C1的相带载量大于第二电容C2的相带载量时驱动控制系统对离网裂相器控制过程的示意图；
图6为本申请实施例提供的当第一电容C1的相带载量小于第二电容C2的相带载量时驱动控制系统对离网裂相器控制过程的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种逆变器系统的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种应用离网裂相器的逆变器系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
图2为本申请实施例提供的一种离网裂相器的结构示意图。如图2所示，该离网裂相器包括两个输入端口和三个输出端口。两个输入端口包括输入端口K1和输入端口K2，输入端口K1和输入端口K2分别与电源的第一相端口和第二相端口连接，电源通过输入端口K1和输入端口K2提供第一电压；三个输出端口包括输出端口L1、输出端口N和输出端口L2，输出端口L1和输出端口N为第一负载提供第二电压，输出端口N和输出端口L2为第二负载提供第三电压。其中，第二电压和第三电压均小于第一电压。
在一个优选的实施例中，输入端口K1与输出端口L1共用一个端口，输入端口K2和输出端口L2共用一个端口。
在一个优选的实施例中，与两个输入端口的外接电源为单相交流电源。当然，与两个输入端口的外接电源不仅限为交流电，可以为直流电。
该离网裂相器包括第一电容C1和第二电容C2，其中，第一电容C1连接在输出端口L1和输出端口N之间，第二电容C2连接在输出端口N和输出端口L2之间。此时第一电容C1两端的电压VC1即为输出端口L1与输出端口N之间的电压，第二电容C2两端的电压VC2即为输出端口N与输出端口L2之间的电压。电压VC1和VC2可以用于驱动负载。
根据应用场景，第一电容C2和第二电容C2可以为薄膜电容、电解电容等等，本申请实施例不对其进行限制。
该离网裂相器包括第一开关电路和第二开关电路，第一开关电路和第二开关电路串联在输入端口K1和输入端口K2之间，在第一开关电路和第二开关电路之间设置一个节点P，在该节点P和输出端口N之间串联一个电感L。
本申请实施例中，电感L起到能量转移的中介作用。在一个实施例中，以第一电容C1两端的电压VC1大于第二电容C2两端的电压VC2，且将第一电容C1两端的电压转移一部分电压到第二电容C2两端的过程为例，将第一开关电路导通，由此，在第一电容C1、第一开关电路和电感L构成单向环形电路，且由第一电容C1对电感L放电。具体地，由第一电容C1、第一开关电路和电感L构成的环形电路处于导通状态，在第一开关电路导通时，第一电容C1放电，电路产生电流，电感L的线圈上会产生电感电动势。然后，当第一电容C1放电完成后，断开第一开关电路，将第二开关电路导通，在第二电容C2、第二开关电路和电感L构成单向环形电路，且由电感L对第二电容C2充电。具体地，由第二电容C2、第二开关电路和电感L构成的环形电路处于导通状态，此时由于电感L上有电感电动势，会向第二电容C2进行充电。从而实现降低第一电容C1两端的电压VC1提升第二电容C2两端的电压VC2，实现将第一电容C1两端的电压转移一部分电压到第二电容C2两端。
需要说明的是，转移电压的多少根据电容放出电荷的电量有关，所以通过控制开关电路导通的时间，来控制电容放出电荷的电量，实现对转移电压的控制。
另外，电感L有助于防止第一电容C1与第二电容C2两端的电压突变，以免在调制第一开关电路与第二开关电路过程中，出现很大的回路电流，损坏开关电路。
本申请实施例中，第一开关电路的作用是使由第一开关电路参与构成的环形电路在同一时刻只能单向导通。
在一个实施例中，如图2所示，在第一电容C1、第一开关电路和电感L构成的环形电路中，当第一开关电路导通且第一电容C1放电时，电感L进行充电，但是由于第一开关电路在同一时刻只能单向导通，从而避免电感L和第一电容C1之间产生谐振回路。
在一个实施例中，如图2所示，在第一电容C1、第一开关电路和电感L构成的环形电路中，当第一开关电路导通且第一电容C1充电时，电感L在放电过程中，由于第一开关电路在同一时刻只能单向导通，从而避免第一电容C1在第一开关电路导通时放电，电感L和第一电容C1之间产生谐振回路。
第二开关电路的作用是使由第二开关电路构成的环形电路在同一时刻只能单向导通。具体实现过程和第一开关电路原理相同，此处不再赘述了。
在一个实施例中，第一开关电路包括MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属-氧化物-半导体)管Q1a和MOS管Q1b，其中MOS管Q1a的漏极与输入端口K1连接，MOS管Q1a的源极与MOS管Q1b的源极连接，MOS管Q1b的漏极与节点P连接；第二开关电路包括MOS管Q2a和MOS管Q2b，其中MOS管Q2a的漏极与节点P连接，MOS管Q2a的源极与MOS管Q2b的源极连接，MOS管Q2b的漏极与输出端口L2连接。
在第一电路中，对于MOS管Q1a来说，当在栅极提供高电平时，电流可以双向通过MOS管Q1a；当在栅极提供低电平时，电流只能从通过MOS管Q1a体二极管流通，方向为MOS管Q1a的源极指向漏极。对于MOS管Q1b来说，当栅极提供高电平时，电流可以双向通过MOS管Q1b；当栅极提供低电平时，电流只能从MOS管Q1b体二极管流通，方向为MOS管Q1b的源极指向漏极。
在第一开关电路工作过程中，MOS管Q1a和MOS管Q1b开关状态是互补的，即当MOS管Q1a导通时MOS管Q1b断开，或当MOS管Q1a断开时MOS管Q1b导通。所以对于第一电路来说，当MOS管Q1a栅极为高电平和MOS管Q1b栅极为低电平时，电流只能从MOS管Q1a的漏极流向MOS管Q1b的漏极；当MOS管Q1a栅极为低电平和MOS管Q1b栅极为高电平时，电流只能从MOS管Q1b的漏极流向MOS管Q1a的漏极。
在第二电路中，对于MOS管Q2a来说，当栅极提供高电平时，电流可以双向通过MOS管Q2a；当栅极提供低电平时，电流只能从MOS管Q2a体二极管流通，方向为MOS管Q2a的源极指向漏极。对于MOS管Q2b来说，当栅极提供高电平时，电流可以双向通过MOS管Q2b；当栅极提供低电平时，电流只能从MOS管Q2b体二极管流通，方向为MOS管Q2b的源极指向漏极。
在第二开关电路工作过程中，MOS管Q2a和MOS管Q2b开关状态也是互补。所以对于第二电路来说，当MOS管Q2a栅极为高电平和MOS管Q2b栅极为低电平时，电流只能从MOS管Q2a的漏极流向MOS管Q2b的漏极；当MOS管Q2a栅极为低电平和MOS管Q2b栅极为高电平时，电流只能从MOS管Q2b的漏极流向MOS管Q2a的漏极。
需要说明的是，本申请实施例中第一开关电路和第二开关电路采用MOS管来实现的，但是本申请不仅限于MOS管，还可以为IGBT等其它功率开关器件，本申请实施例不对其进行限制。
需要说明的是，本申请实施例中第一开关电路和第二开关电路中不仅限于两个开关，也可以为三个开关、四个开关等等。
本申请将离网裂相器两输入端口接入外接电源电路后，通过控制第一开关电路和第二开关电路的导通或关断，来控制第一电容C1和第二电容C2两端的电压，从而实现并对输出端口L1与输出端口N之间的电压和输出端口N与输出端口L2之间的电压进行调控，使该离网裂相器满足对不同负载系统的供电要求。
以下实施例将以第一电容C1两端的电压与第二电容C2两端的电压从不同调制为相同的过程为例，进行讲述本申请实施例中的离网裂相器工作原理。本领域人员很容易的想到本申请所提供的离网裂相器也可以进行形式的调制，在此不作限定。
需要说明的是，在本申请实施例中离网裂相器接入单相交流电时，根据交流电的正弦变化规律，其半个周期的电压为正值，另外半个周期的电压为负值。为了方便后续描述，在此进行规定，在一个周期内，将交流电为正值时的半个周期规定正半周；交流电为负值时的半个周期规定为负半周。
图3为本申请实施例提供的当第一电容C1的相带载量小于第二电容C2的相带载量时的离网裂相器输出电压平衡过程的示意图。其中，第一电容C1的相带载量是指第一电容C1两个极板上的电量。当第一电容C1的相带载量小于第二电容C2的相带载量时，则第一电容C1两端的电压有效值大于第二电容C2两端的电压有效值，即|Vc1|>|Vc2|。
图3包括图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)四个部分。其中，图3(a)和图3(b)示意了离网裂相器的两输入端口接入的交流电在正半周离网裂相器输出电压平衡过程；图3(c)和图3(d)示意了离网裂相器的两输入端口接入的交流电在负半周离网裂相器输出电压平衡过程。
如图3(a)所示，让第二开关电路中的MOS管Q2a置于关断状态和MOS管Q2b置于导通状态，使得在由第二开关电路构成的环路中，电流只能沿顺时钟导通；与此同时，再对第一开关电路中的MOS管Q1a和MOS管Q1b进行脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制。
在第一开关电路进行脉冲宽度调制的过程中，首先，将MOS管Q1a置于导通状态和MOS管Q1b置于关断状态，此时第一开关电路、第一电容C1和电感L构成环路。由此，第一电容C1进行放电，在电感L上电流增加，此时的电流回流为C1→Q1a→Q1b→L，对电感L进行充电。
然后，将MOS管Q1a置于关断状态和MOS管Q1b置于导通状态，此时第一开关电路、第一电容C1和电感L构成的环路中，电流只能沿顺时钟导通；而在第二开关电路中，由于电流能在由第二开关电路、第二电容C2和电感L构成的环路中沿顺时钟导通，此时电感L续流，续流回路为L→C2→Q2b→Q2a，给第二电容C2充电，如图3(b)所示，使第一电容C1两端的电压Vc1和第二电容C2两端的电压Vc2相等。
如图3(c)所示，让第二开关电路中的MOS管Q2a置于导通状态和MOS管Q2b置于关断状态，使得在由第二开关电路构成的环路中，电流只能沿逆时钟导通；与此同时，再对第一开关电路中的MOS管Q1a和MOS管Q1b进行PWM控制。
在第一开关电路进行脉冲宽度调制的过程中，首先，将MOS管Q1a置于关断状态和MOS管Q1b置于导通状态，此时第一开关电路、第一电容C1和电感L构成环路。由此，第一电容C1进行放电，在电感L上电流增加，此时的电流回流为C1→L→Q1b→Q1a，对电感L进行充电。
然后，将MOS管Q1a置于导通状态和MOS管Q1b置于关断状态，此时第一开关电路、第一电容C1和电感L构成的环路中，电流只能沿逆时钟导通；而在第二开关电路中，由于电流能在由第二开关电路、第二电容C2和电感L构成的环路中沿逆时钟导通，此时电感L续流，续流回路为L→Q2a→Q2b→C2，给第二电容C2充电，如图3(d)所示，使第一电容C1两端的电压Vc1和第二电容C2两端的电压Vc2相等。
图4为本申请实施例提供的当第一电容C1的相带载量大于第二电容C2的相带载量时的离网裂相器输出电压平衡过程的示意图。当第一电容C1的相带载量大于第二电容C2的相带载量时，则第一电容C1两端的电压有效值小于第二电容C2两端的电压有效值，即|Vc1|<|Vc2|。
图4包括图4(a)、图4(b)、图4(c)和图4(d)四个部分。其中，图4(a)和图4(b)示意了离网裂相器的两输入端口接入的交流电在正半周离网裂相器输出电压平衡过程；图4(c)和图4(d)示意了离网裂相器的两输入端口接入的交流电在负半周离网裂相器输出电压平衡过程。
如图4(a)所示，让第一开关电路中的MOS管Q1a置于关断状态和MOS管Q1b置于导通状态，使得在由第一开关电路构成的环路中，电流只能沿顺时钟导通；与此同时，再对第二开关电路中的MOS管Q2a和MOS管Q2b进行PWM控制。
在第二开关电路进行脉冲宽度调制的过程中，首先，将MOS管Q2a置于导通状态和MOS管Q2b置于关断状态，此时第二开关电路、第二电容C2和电感L构成环路。由此，第二电容C2进行放电，在电感L上电流增加，此时的电流回流为C2→L→Q2a→Q2b，对电感L进行充电。
然后，将MOS管Q2a置于关断状态和MOS管Q2b置于导通状态，此时第二开关电路、第二电容C2和电感L构成的环路中，电流只能沿顺时钟导通；而在第一开关电路中，由于电流能在由第一开关电路、第一电容C1和电感L构成的环路中沿顺时钟导通，此时电感L续流，续流回路为L→Q1b→Q1a→C1，给第一电容C1充电，如图4(b)所示，使第一电容C1两端的电压Vc1和第二电容C2两端的电压Vc2相等。
如图4(c)所示，让第一开关电路中的MOS管Q1a置于导通状态和MOS管Q1b置于关断状态，使得在由第一开关电路构成的环路中，电流只能沿逆时钟导通；与此同时，再对第二开关电路中的MOS管Q2a和MOS管Q2b进行PWM控制。
在第二开关电路进行脉冲宽度调制的过程中，首先，将MOS管Q2a置于关断状态和MOS管Q2b置于导通状态，此时第二开关电路、第二电容C2和电感L构成环路。由此，第二电容C2进行放电，在电感L上电流增加，此时的电流回流为C2→Q2b→Q2a→L，对电感L进行充电。
然后，将MOS管Q2a置于导通状态和MOS管Q2b置于关断状态，此时第二开关电路、第二电容C2和电感L构成的环路中，电流只能沿逆时钟导通；而在第一开关电路中，由于电流能在由第一开关电路、第一电容C1和电感L构成的环路中沿逆时钟导通，此时电感L续流，续流回路为L→C1→Q1a→Q1b，给第一电容C1充电，如图4(d)所示，使第一电容C1两端的电压Vc1和第二电容C2两端的电压Vc2相等。
在一个实施例中，将MOS管Q1a、MOS管Q1b、MOS管Q2a和MOS管Q2b的栅极连接到驱动控制系统，驱动控制系统根据第一电容C1两端的电压Vc1和第二电容C2两端的电压Vc2对MOS管Q1a、MOS管Q1b、MOS管Q2a和MOS管Q2b进行PWM控制，使其处于导通或关断状态。离网裂相器的具体控制策略如下：
驱动控制系统中的采集器实时采样离网裂相器的第一电容C1两端的电压瞬时值Vc1和第二电容C2两端的电压瞬时值Vc2，然后判断Vc1和Vc2绝对值的大小。其中，输出端口L1与输出端口L2之间的电压Vo等于第一电容C1两端的电压瞬时值Vc1和第二电容C2两端的电压瞬时值Vc2之和。同时，采集器还采集电感L上的瞬时电流。
图5为本申请实施例提供的当第一电容C1的相带载量大于第二电容C2的相带载量时驱动控制系统对离网裂相器控制过程的示意图。如图5所示，当|Vc1|>|Vc2|时，电压调节器(Automatic Voltage Regulation，AVR)接收第一电容C1两端的电压瞬时值Vc1和第二电容C2两端的电压瞬时值Vc2之间的差值，得到电感电流iL*；电流调节器(Automatic CurrentRegulation，ACR)接收AVR生成的电感电流iL*和采集器采集的电感L上的瞬时电流之间的差值，得到电感电压V*。
然后，驱动控制系统将电感电压V*比上输出总电压Vo绝对值的一半，得到控制变量D1，然后将该控制变量D1分解为(1+D1)/2和(1-D1)/2分别作为MOS管Q1a和Q1b的占空比。同时，直接取Vc1的值比上其绝对值，得到控制变量D2，将该控制变量D2分解为(1+D2)/2和(1-D2)/2分别作为MOS管Q2b和Q2a的占空比。这个控制过程通过调节占空比将使C1放电，C2充电，最终实现第一电容C1两端的电压Vc1和第二电容C2两端的电压Vc2相等。
图6为本申请实施例提供的当第一电容C1的相带载量小于第二电容C2的相带载量时驱动控制系统对离网裂相器控制过程的示意图。如图6所示，当|Vc1|<|Vc2|时，AVR接收第一电容C1两端的电压瞬时值Vc1和第二电容C2两端的电压瞬时值Vc2之间的差值，得到电感电流iL*；ACR接收AVR生成的电感电流iL*和采集器采集的电感L上的瞬时电流之间的差值，得到电感电压V*。
然后，驱动控制系统将电感电压V*比上输出总电压Vo绝对值的一半，得到控制变量D3，然后将该控制变量D3分解为(1+D3)/2和(1-D3)/2分别作为MOS管Q2a和Q2b的占空比。同时，直接取Vc1的值比上其绝对值，得到控制变量D4，将该控制变量D4分解为(1+D4)/2和(1-D4)/2分别作为MOS管Q1b和Q1a的占空比。这个控制过程通过调节占空比将使C2放电，C1充电，最终实现第一电容C1两端的电压Vc1和第二电容C2两端的电压Vc2相等。
本申请实施例提供的一种离网裂相器，通过对接入的电压进行分压，让输出端口输出不同的电压，以满足离网裂相器对不同负载系统的供电要求。
图7为本申请实施例提供的一种逆变器系统的示意图。如图7所示，本申请实施例提供的逆变器系统包括逆变器和离网裂相器。
逆变器用于将直流电信号转换成交流电信号。在一个实施例中，当逆变器与直流电源连接，通过逆变器将直流电源输入的直流电压转换成交流电压，然后输入到电网或负载中。
其中，逆变器还可以将交流电信号转换成直流电信号。在另一个实施例中，当逆变器与储电设备连接时，通过逆变器将来自电网输入的交流电压转换成直流电压，然后输入到储电设备中进行储电。
离网裂相器与逆变器连接，用于接收交流电信号，并对交流电信号进行分压，然后将分压后的交流电信号输入到与离网裂相器相连接的负载或/和电网上。
其中，在逆变器系统中应用的离网裂相器为上述本申请实施例提出的离网裂相器，其结构和工作原理在此不再赘述。
图8为本申请实施例提供的一种应用离网裂相器的逆变器系统的结构示意图。如图8所示，本申请实施例提供的逆变器输出的交流电压为220V，离网裂相器分压出的输出端口L1与输出端口N之间的电压和输出端口N与输出端口L2之间的电压均为110V。
本申请实施例提供的逆变器系统包括逆变器、离网裂相器、第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3。
逆变器分别与直流电源、储电设备、电网、负载和离网裂相器连接；离网裂相器输入端口与逆变器和电网连接，输出端口与电网和负载连接；第一开关K1设置在逆变器与电网和负载之间，用于控制逆变器与电网和负载之间的连接；第二开关K2设置在逆变器与离网裂相器之间，用于控制逆变器与离网裂相器之间的连接；第三开关K3设置在逆变器与负载之间，用于控制逆变器与负载之间的连接。
逆变器并网运行时，控制开关K1、K3打开，K2关断，离网裂相器的输入端口与逆变器输出端口断开。逆变器从直流电源汲取能量，对电网并网发电和对储电设备充电，电网对负载供电。电网的L1、N、L2端口分别连接至离网裂相器的输出端口，此时控制离网裂相器的所有开关处于关断状态，则该离网裂相器不工作，不产生功率损耗。
逆变器离网运行时，控制开关K1、K3关断，K2打开，离网裂相器的输入与逆变器输出端口连接，输出端口接负载，该负载可以为220V系统的负载(负载接在L1、L2之间)，也可以为110V系统的单相负载(负载接在L1、N或者L2、N之间)。当离网裂相器的输出接220V系统的负载时，该离网裂相器同样处于不工作状态，不产生功率损耗；当离网裂相器的输出接110V系统的负载时，会出现L1、N之间(C1相)的负载和L2、N之间(C2相)的负载不平衡的情况，导致C1相输出电压和C2相输出电压不平衡，此时需要以分压电容C1相电压Vc1和分压电容C2相电压Vc2的电压差为控制对象，利用开关动态调节Vc1和Vc2，保证两者输出电压平衡。
本申请实施例提供一种应用离网裂相器的逆变器系统，通过离网裂相器分压出不同电压后，能够满足于不同电压系统的负载供电的要求，且结构简单，相比变压器减小了体积和重量，使产品小型化，模块化，从而节省产品成本和运输成本。其次，本申请中的离网裂相器在并网时不工作，相比变压器并网时挂在电网侧消耗能量，提高了效率。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种离网裂相器，其特征在于，所述离网裂相器应用在交流电路上，包括：第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口、第一电容、第二电容、第一开关电路、第二开关电路和电感；
所述第一输入端口和所述第二输入端口，分别与电源连接；所述电源提供第一电压；
所述第一输出端口、所述第二输出端口和所述第三输出端口，所述第一输出端口和所述第二输出端口为第一负载提供第二电压，所述第二输出端口和所述第三输出端口为第二负载提供第三电压；所述第二电压和所述第三电压均小于所述第一电压；
所述第一电容和所述第二电容，所述第一电容连接在所述第一输出端口与所述第二输出端口之间，所述第二电容连接在所述第二输出端口和所述第三输出端口之间；
所述第一开关电路和所述第二开关电路，所述第一开关电路和所述第二开关电路串联在所述第一输入端口和所述第二输入端口之间，所述第一开关电路和所述第二开关电路相互沿相反的方向单向导通；其中在所述第一开关电路和所述第二开关电路之间设置有第一节点；
所述电感，所述电感连接在所述第一节点和所述第二输出端口之间；
其中，所述第一开关电路和所述第二开关电路让所述第一电容上的电量通过所述电感转移到所述第二电容上，或让所述第二电容上的电量通过所述电感转移到所述第一电容上；
其中，还包括：驱动控制系统，所述驱动控制系统根据所述第一电容两端电压和所述第二电容两端电压来控制所述第一开关电路和所述第二开关电路进行单向导通；
所述驱动控制系统包括：
采集器，用于采集所述第一电容两端电压、所述第二电容两端电压和所述电感的电流；
电压调节器，用于接收所述第一电容两端电压的电压值与所述第二电容两端电压的电压值的差值，得到第一电流；
电流调节器，用于接收生成电流和所述电感的电流，得到第四电压；
所述驱动控制系统根据所述第一电容两端电压与所述第二电容两端电压中较大的电压值和所述第四电压，计算出用于控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的占空比。
2.根据权利要求1所述的离网裂相器，其特征在于，
当所述第一电容两端电压的电压值的绝对值大于所述第二电容两端电压的电压值的绝对值，且所述第一输出端口与所述第三输出端口之间的电压值为正值时，所述第二开关电路沿第三方向形成通路；当所述第一开关电路在第一方向形成通路，所述第一电容对所述电感进行放电；当所述第一开关电路在第一方向形成断路，所述电感通过所述第二开关电路沿第三方向对所述第二电容充电；或
当所述第一电容两端电压的电压值的绝对值大于所述第二电容两端电压的电压值的绝对值，且所述第一输出端口与所述第三输出端口之间的电压值为负值时，所述第二开关电路沿第四方向形成通路；当所述第一开关电路在第二方向形成通路，所述第一电容对所述电感进行放电；当所述第一开关电路在第二方向形成断路，所述电感通过所述第二开关电路沿第四方向对所述第二电容充电；或
当所述第一电容两端电压的电压值的绝对值小于所述第二电容两端电压的电压值的绝对值，且所述第一输出端口与所述第三输出端口之间的电压值为正值时，所述第一开关电路沿第二方向形成通路；当所述第二开关电路在所述第四方向形成通路，所述第二电容对所述电感进行放电；当所述第二开关电路形成断路，所述电感通过所述第一开关电路沿第二方向对所述第一电容充电；或
当所述第一电容两端电压的电压值的绝对值小于所述第二电容两端电压的电压值的绝对值，且所述第一输出端口与所述第三输出端口之间的电压值为负值时，所述第一开关电路沿第一方向形成通路；当所述第二开关电路在所述第三方向形成通路，所述第二电容对所述电感进行放电；当所述第二开关电路形成断路，所述电感所述第一开关电路沿第一方向对所述第一电容充电；
其中，所述第一方向和所述第二方向是相反方向，所述第三方向和所述第四方向是相反方向，且所述第一开关电路上电流沿所述第一方向流向所述电感的方向与所述第二开关电路上电流沿所述第三方向流向所述电感的方向相同。
3.根据权利要求2所述的离网裂相器，其特征在于，所述第一开关电路包括第一开关和第二开关，所述第二开关电路包括第三开关和第四开关，
所述第一开关，用于让所述第一开关电路在所述第一方向形成通路或断路；所述第二开关，用于让所述第一开关电路在所述第二方向形成通路或断路；
所述第三开关，用于让所述第二开关电路在所述第三方向形成通路或断路；所述第四开关，用于让所述第二开关电路在所述第四方向形成通路或断路。
4.根据权利要求3所述的离网裂相器，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关由MOS管形成。
5.根据权利要求3-4任意一项所述的离网裂相器，其特征在于， 所述驱动控制系统具体用于，根据所述第一电容两端电压与所述第二电容两端电压中较大的电压值和所述第四电压，计算出用于控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的占空比。
6.一种离网裂相方法，其中，第一输入端口和第二输入端口，分别与电源连接；所述电源提供第一电压；第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口；其中所述第一输出端口和所述第二输出端口为第一负载提供第二电压，所述第二输出端口和所述第三输出端口为第二负载提供第三电压；所述第二电压和所述第三电压均小于所述第一电压；其特征在于，所述方法应用于所述权利要求1-5所述的离网裂相器，包括：
根据第一电容两端电压和第二电容两端电压的电压差，控制第一开关电路和第二开关电路中的一个电路导通，第一电容和第二电容中的一个电容对电感放电；所述第一电容连接在所述第一输出端口与所述第二输出端口之间，所述第二电容连接在所述第二输出端口和所述第三输出端口之间；所述第一开关电路和所述第二开关电路串联在所述第一输入端口和所述第二输入端口之间；其中在所述第一开关电路和所述第二开关电路之间设置有第一节点；所述电感连接在所述第一节点和所述第二输出端口之间；
控制所述第一开关电路和所述第二开关电路中的另一个电路导通，所述电感对所述第一电容和所述第二电容中的另一个电容充电。
7.一种逆变器系统，其特征在于，包括：
逆变器，用于将直流电信号转换成交流电信号；
离网裂相器，所述离网裂相器为如权利要求1至权利要求5任一项所述的离网裂相器，所述电源有所述逆变器提供，所述电源的第一相端口和第二相端口为所述逆变器的两个输出相端口。
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