CN110401367A - 一种输入串联型组合逆变器系统 - Google Patents

一种输入串联型组合逆变器系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种输入串联型组合逆变器系统，包括均衡模块、子模块，所述均衡模块数量为多个，所述子模块数量比所述均衡模块数量多一个，所述子模块输入端连接有所述均衡模块，实现所述均衡模块与之相连接的子模块输入端均压；当子模块输出侧进行并联连接时，各子模块输出侧的功率均衡通过输出均流控制策略实现；当子模块输出侧进行串联连接时，各子模块输出侧的功率均衡通过输出均压控制策略实现；当子模块输出侧各自独立时，各子模块按照各自负载需求进行各自的功率输出。本发明的有益效果是：本发明的输入串联型组合逆变器系统设计更加灵活，具有较强的实用性。

Description

一种输入串联型组合逆变器系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种输入串联型组合逆变器系统。
背景技术
输入端串联型组合逆变器系统包括如图1所示的ISOP(输入串联输出并联型)、ISOS(输入串联输出串联型)和ISOI(输入串联输出独立型)组合逆变器，可应用于输入母线高压的情况。所有子模块的输入电流强制相等，各模块的输入电压是互相关联的，所以子模块输入端串联连接必须采取一定的均压措施才能稳定运行。针对ISOP和ISOS组合逆变器系统，为了使得各个子模块的平均运行，国内外提出了很多不同的均压方法，主要可以分为两类，一类是模块之间的自然平均运行，另一类是具有专门的输入均压环的控制策略。自然平均运行方式一般结构简单，易于实现，并且可靠性高，但是均压的稳态和动态效果不佳。而具有专门的输入均压环控制策略能获得较为理想的均压均流效果，但是控制电路结构复杂。而针对ISOI组合逆变器系统或者这三种系统构成的混合逆变器系统的研究极少。
综上，针对ISOP和ISOS组合逆变器系统，通过改变子模块的输出外特性可以实现子模块间功率均衡。但是系统输出外特性较软，均压的稳态和动态效果不佳。具有专门的输入均压环的控制策略能获得较为理想的均压均流效果，但是控制电路结构复杂。针对ISOI系统和三种组合系统的混合逆变器系统的研究极少。
发明内容
本发明提供了一种输入串联型组合逆变器系统，包括均衡模块、子模块，所述均衡模块数量为多个，所述子模块数量比所述均衡模块数量多一个，所述子模块输入端连接有所述均衡模块，实现所述均衡模块与之相连接的子模块输入端均压；当子模块输出侧进行并联连接时，各子模块输出侧的功率均衡通过输出均流控制策略实现；当子模块输出侧进行串联连接时，各子模块输出侧的功率均衡通过输出均压控制策略实现；当子模块输出侧各自独立时，各子模块按照各自负载需求进行各自的功率输出。
作为本发明的进一步改进，所述子模块为隔离型DC/AC变换器。
作为本发明的进一步改进，所述均衡模块是由双向DC/DC变换器构成，均衡模块的控制方法使用开环控制或者闭环控制，控制的目的是实现双向DC/DC变换器两端的电容电压达到预期的电压值。
本发明的有益效果是：本发明的输入串联型组合逆变器系统设计更加灵活，具有较强的实用性。
附图说明
图1是传统的输入串联型组合逆变器系统架构图，其中，图1a是输出并联，图1b是输出串联，图1c是输出独立；
图2是本发明的输入串联型组合逆变器系统架构图，其中，图2a是输出并联，图2b是输出串联，图2c是输出独立；
图3是本发明的均衡模块的电路拓扑结构图，其中，图3a是双向反激拓扑结构、图3b是双向四开关拓扑结构、图3c是双向buck/boost拓扑结构、图3d是双向有源桥拓扑结构、图3e是双管双向反激。
具体实施方式
本发明公开了一种输入串联型组合逆变器系统，本发明的三种典型输入串联型系统结构如图2所示。此外，组合逆变器的输出侧连接方式不局限于这三种，输出侧可以是这三种连接方式的形式。即一部分隔离型DC/AC变换器输出并联，一部分变换器输出串联，或者一部分变换器输出独立。
通过在子模块的输入端加入均衡模块，实现与之相连接的子模块输入端均压。当子模块输出侧进行并联连接时，各子模块输出侧的功率均衡通过输出均流控制策略实现。当子模块输出侧进行串联连接时，各子模块输出侧的功率均衡通过输出均压控制策略实现。当子模块输出侧各自独立时，各子模块按照各自负载需求进行各自的功率输出。
均衡模块的电路拓扑结构如图3所示，所述均衡模块是由双向DC/DC变换器构成，均衡模块的控制方法使用开环控制或者闭环控制，控制的目的是实现双向DC/DC变换器两端的电容电压达到预期的电压值。
如图3a所示，所述均衡模块包括第一电容C1、第二电容C2、变压器T1、第一场效应管增强型N-MOS管Q1、第二场效应管增强型N-MOS管Q2，所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的漏极与所述变压器T1的第二接口相连，所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的源极与所述第一电容C1一端相连，所述第一电容C1另一端与所述变压器T1的第一接口相连；所述第二场效应管增强型N-MOS管Q2的漏极与所述变压器T1的第四接口相连，所述第二场效应管增强型N-MOS管Q2的源极与所述第二电容C2一端相连，所述第二电容C2另一端与所述变压器T1的第三接口相连。
如图3b所示，所述均衡模块包括第一电容C1、第二电容C2、电感L1、第一场效应管增强型N-MOS管Q1、第二场效应管增强型N-MOS管Q2、第三场效应管增强型N-MOS管Q3、第四场效应管增强型N-MOS管Q4，所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的漏极与所述第一电容C1一端相连，所述第一电容C1另一端与所述第二场效应管增强型N-MOS管Q2的源极相连，所述电感L1一端分别与所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的源极、所述第二场效应管增强型N-MOS管Q2的漏极相连；所述电感L1另一端分别与所述第三场效应管增强型N-MOS管Q3的源极、所述第四场效应管增强型N-MOS管Q4的漏极相连，所述第二电容C2一端与所述第三场效应管增强型N-MOS管Q3的漏极相连，所述第二电容C2另一端与所述第四场效应管增强型N-MOS管Q4的源极相连。
如图3c所示，所述均衡模块包括第一电容C1、第二电容C2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻rL、电感L1、第一场效应管增强型N-MOS管Q1、第二场效应管增强型N-MOS管Q2，所述电感L1一端分别与所述第一电阻r1一端、第二电阻r2一端相连，所述第一电阻r1另一端与所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的源极相连，所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的漏极与所述第一电容C1一端相连，所述第一电容C1另一端与所述第三电阻rL一端相连，所述第三电阻rL另一端与所述电感L1另一端相连；所述第二电阻r2另一端与所述第二场效应管增强型N-MOS管Q2的漏极相连，所述第二场效应管增强型N-MOS管Q2的源极与所述第二电容C2一端相连，所述第二电容C2另一端与所述第三电阻rL一端相连。
如图3d所示，所述均衡模块包括第一电容C1、第二电容C2、电感L1K、变压器T1、第一场效应管增强型N-MOS管Q1、第二场效应管增强型N-MOS管Q2、第三场效应管增强型N-MOS管Q3、第四场效应管增强型N-MOS管Q4、第五场效应管增强型N-MOS管Q5、第六场效应管增强型N-MOS管Q6、第七场效应管增强型N-MOS管Q7、第八场效应管增强型N-MOS管Q8，所述变压器T1的第一接口与所述电感L1K一端相连，所述电感L1K另一端分别与所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的源极、所述第二场效应管增强型N-MOS管Q2的漏极相连，所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的漏极与所述第一电容C1一端相连，所述第二场效应管增强型N-MOS管Q2的源极分别与所述第一电容C1另一端、所述第四场效应管增强型N-MOS管Q4的源极相连，所述变压器T1的第二接口分别与所述第三场效应管增强型N-MOS管Q3的源极、所述第四场效应管增强型N-MOS管Q4的漏极相连，所述第三场效应管增强型N-MOS管Q3的漏极与所述第一场效应管增强型N-MOS管Q1的漏极相连；所述变压器T1的第三接口分别与所述第五场效应管增强型N-MOS管Q5的源极、所述第六场效应管增强型N-MOS管Q6的漏极相连，所述变压器T1的第四接口分别与所述第七场效应管增强型N-MOS管Q7的源极、所述第八场效应管增强型N-MOS管Q8的漏极相连，所述第七场效应管增强型N-MOS管Q7的漏极分别与所述第五场效应管增强型N-MOS管Q5的漏极、所述第二电容C2一端相连，所述第八场效应管增强型N-MOS管Q8的源极分别与所述第六场效应管增强型N-MOS管Q6的源极、所述第二电容C2另一端相连。
如图3e所示，所述均衡模块包括第一处理单元和第二处理单元，所述第一处理单元包括第一二极管D11、第二二极管D12、第一场效应管增强型N-MOS管Q11、第二场效应管增强型N-MOS管Q12、第一电感L12，所述第一二极管D11负极与所述第二处理单元相连，所述第一二极管D11正极分别与所述第一电感L12一端、所述第二场效应管增强型N-MOS管Q12的漏极相连，所述第二场效应管增强型N-MOS管Q12的源极与所述第二二极管D12正极相连，所述第二二极管D12负极分别与所述第一电感L12另一端、所述第一场效应管增强型N-MOS管Q11的源极相连，第一场效应管增强型N-MOS管Q11的漏极与所述第二处理单元相连；所述第二处理单元包括第三二极管D21、第四二极管D22、第三场效应管增强型N-MOS管Q21、第四场效应管增强型N-MOS管Q22、第二电感L21，所述第四二极管D22负极与所述第四场效应管增强型N-MOS管Q22的漏极相连，所述第四二极管D22正极分别与所述第二电感L21一端、所述第三场效应管增强型N-MOS管Q21的漏极相连，所述第三场效应管增强型N-MOS管Q21的源极与所述第一处理单元相连，所述第三二极管D21正极与所述第一处理单元相连，所述第三二极管D21负极分别与所述第二电感L21另一端、所述第四场效应管增强型N-MOS管Q22的源极相连。
传统方法通过更改子逆变器内部控制方法实现输入端电压均分，从而获得系统稳定。而本发明通过在子逆变器的输入侧加入均衡模块，使得输入侧电压均衡。子逆变器内部控制结构中无需再加入输入均压环路。使得常规进行IPOP连接的逆变器系统可以通过本发明在输入侧加入均衡模块，直接更改成ISOP连接。使得常规进行IPOS连接的逆变器系统可以通过本发明在输入侧加入均衡模块，直接更改成ISOS连接。而且，本发明使得子逆变器的输出侧可以各自独立构成多路输出系统。使组合式逆变器系统设计更加灵活，具有较强的实用性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种输入串联型组合逆变器系统，其特征在于：包括均衡模块、子模块，所述均衡模块数量为多个，所述子模块数量比所述均衡模块数量多一个，所述子模块输入端连接有所述均衡模块，实现所述均衡模块与之相连接的子模块输入端均压；当子模块输出侧进行并联连接时，各子模块输出侧的功率均衡通过输出均流控制策略实现；当子模块输出侧进行串联连接时，各子模块输出侧的功率均衡通过输出均压控制策略实现；当子模块输出侧各自独立时，各子模块按照各自负载需求进行各自的功率输出。
2.根据权利要求1所述的输入串联型组合逆变器系统，其特征在于：所述子模块为隔离型DC/AC变换器。
3.根据权利要求1所述的输入串联型组合逆变器系统，其特征在于：所述均衡模块是由双向DC/DC变换器构成，均衡模块的控制方法使用开环控制或者闭环控制，控制的目的是实现双向DC/DC变换器两端的电容电压达到预期的电压值。
4.根据权利要求3所述的输入串联型组合逆变器系统，其特征在于：所述均衡模块包括第一电容、第二电容、变压器、第一场效应管增强型N-MOS管、第二场效应管增强型N-MOS管，所述第一场效应管增强型N-MOS管的漏极与所述变压器的第二接口相连，所述第一场效应管增强型N-MOS管的源极与所述第一电容一端相连，所述第一电容另一端与所述变压器的第一接口相连；所述第二场效应管增强型N-MOS管的漏极与所述变压器的第四接口相连，所述第二场效应管增强型N-MOS管的源极与所述第二电容一端相连，所述第二电容另一端与所述变压器的第三接口相连。
5.根据权利要求3所述的输入串联型组合逆变器系统，其特征在于：所述均衡模块包括第一电容、第二电容、电感、第一场效应管增强型N-MOS管、第二场效应管增强型N-MOS管、第三场效应管增强型N-MOS管、第四场效应管增强型N-MOS管，所述第一场效应管增强型N-MOS管的漏极与所述第一电容一端相连，所述第一电容另一端与所述第二场效应管增强型N-MOS管的源极相连，所述电感一端分别与所述第一场效应管增强型N-MOS管的源极、所述第二场效应管增强型N-MOS管的漏极相连；所述电感另一端分别与所述第三场效应管增强型N-MOS管的源极、所述第四场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第二电容一端与所述第三场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第二电容另一端与所述第四场效应管增强型N-MOS管的源极相连。
6.根据权利要求3所述的输入串联型组合逆变器系统，其特征在于：所述均衡模块包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电感、第一场效应管增强型N-MOS管、第二场效应管增强型N-MOS管，所述电感一端分别与所述第一电阻一端、第二电阻一端相连，所述第一电阻另一端与所述第一场效应管增强型N-MOS管的源极相连，所述第一场效应管增强型N-MOS管的漏极与所述第一电容一端相连，所述第一电容另一端与所述第三电阻一端相连，所述第三电阻另一端与所述电感另一端相连；所述第二电阻另一端与所述第二场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第二场效应管增强型N-MOS管的源极与所述第二电容一端相连，所述第二电容另一端与所述第三电阻一端相连。
7.根据权利要求3所述的输入串联型组合逆变器系统，其特征在于：所述均衡模块包括第一电容、第二电容、电感、变压器、第一场效应管增强型N-MOS管、第二场效应管增强型N-MOS管、第三场效应管增强型N-MOS管、第四场效应管增强型N-MOS管、第五场效应管增强型N-MOS管、第六场效应管增强型N-MOS管、第七场效应管增强型N-MOS管、第八场效应管增强型N-MOS管，所述变压器的第一接口与所述电感一端相连，所述电感另一端分别与所述第一场效应管增强型N-MOS管的源极、所述第二场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第一场效应管增强型N-MOS管的漏极与所述第一电容一端相连，所述第二场效应管增强型N-MOS管的源极分别与所述第一电容另一端、所述第四场效应管增强型N-MOS管的源极相连，所述变压器的第二接口分别与所述第三场效应管增强型N-MOS管的源极、所述第四场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第三场效应管增强型N-MOS管的漏极与所述第一场效应管增强型N-MOS管的漏极相连；所述变压器的第三接口分别与所述第五场效应管增强型N-MOS管的源极、所述第六场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述变压器的第四接口分别与所述第七场效应管增强型N-MOS管的源极、所述第八场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第七场效应管增强型N-MOS管的漏极分别与所述第五场效应管增强型N-MOS管的漏极、所述第二电容一端相连，所述第八场效应管增强型N-MOS管的源极分别与所述第六场效应管增强型N-MOS管的源极、所述第二电容另一端相连。
8.根据权利要求3所述的输入串联型组合逆变器系统，其特征在于：所述均衡模块包括第一处理单元和第二处理单元，所述第一处理单元包括第一二极管、第二二极管、第一场效应管增强型N-MOS管、第二场效应管增强型N-MOS管、第一电感，所述第一二极管负极与所述第二处理单元相连，所述第一二极管正极分别与所述第一电感一端、所述第二场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第二场效应管增强型N-MOS管的源极与所述第二二极管正极相连，所述第二二极管负极分别与所述第一电感另一端、所述第一场效应管增强型N-MOS管的源极相连，第一场效应管增强型N-MOS管的漏极与所述第二处理单元相连；所述第二处理单元包括第三二极管、第四二极管、第三场效应管增强型N-MOS管、第四场效应管增强型N-MOS管、第二电感，所述第四二极管负极与所述第四场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第四二极管正极分别与所述第二电感一端、所述第三场效应管增强型N-MOS管的漏极相连，所述第三场效应管增强型N-MOS管的源极与所述第一处理单元相连，所述第三二极管正极与所述第一处理单元相连，所述第三二极管负极分别与所述第二电感另一端、所述第四场效应管增强型N-MOS管的源极相连。
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