CN111082642B - 一种供电网络及其多电平电路以及一种组合式多电平电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多电平电路，包括：与负载或电网连接，用于提供P电平的第一电路，且第一电路设置在第一现场；与负载或电网连接，用于提供Q电平的第二电路，且第二电路设置在第二现场；其中，P，Q均为不小于2的正整数；当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流通过第一电路以及负载或电网流至第二电路；当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流通过第二电路以及负载或电网流至第一电路。应用本申请的方案，在满足了对多电平电路的电平数量要求的前提下，便于布线。本申请还提供了一种供电网络，具有相应技术效果。本申请还提供了一种组合式多电平电路，可以为负载或电网提供4电平，5电平或者6电平以满足不同的需求。

Description

一种供电网络及其多电平电路以及一种组合式多电平电路

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种供电网络及其多电平电路以及一种组合式多电平电路。

背景技术

随着电力行业的不断发展，多电平电路被应用地越来越广泛。但是，通常的多电平电路提供的电平数量有限，例如常见的是提供2电平或者3电平的多电平电路。而为了得到更多的电平数量，如实际应用中需要5电平、6电平时，电路构成就较为复杂，因此导致布线复杂。

综上所述，如何在满足对于多电平电路的电平要求的前提下，便于布线，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种供电网络及其多电平电路，以在满足对于多电平电路的电平要求的前提下，便于布线。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种多电平电路，包括：

与负载或电网连接，用于提供P电平的第一电路，且所述第一电路设置在第一现场；

与负载或电网连接，用于提供Q电平的第二电路，且所述第二电路设置在第二现场；其中，P，Q均为不小于2的正整数；

当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流通过所述第一电路以及负载或电网流至所述第二电路；当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流通过所述第二电路以及负载或电网流至所述第一电路。

优选的，P的取值为3，Q的取值为2。

优选的，所述第一电路包括：

第一直流源；

第一端分别与所述第一直流源的正极以及第一可控开关单元的第一端连接，第二端分别与第二电容的第一端以及第二可控开关单元的第二端连接的第一电容；

第二端分别与所述第一直流源的负极以及第四可控开关单元的第二端连接的所述第二电容；

第二端与分别与第三可控开关单元的第二端，第一电感的第一端以及第四可控开关单元的第一端连接的所述第一可控开关单元；

第一端与所述第三可控开关单元的第一端连接的所述第二可控开关单元；

所述第三可控开关单元；

所述第四可控开关单元；

第二端与负载或电网连接的所述第一电感。

优选的，所述第二电路包括：

第二直流源；

第一端分别与所述第二直流源的正极以及第五可控开关单元的第一端连接，分别与所述第二直流源的负极以及第六可控开关单元的第二端连接的电容单元；

第二端与分别与第六可控开关单元的第一端以及第二电感的第二端连接的所述第五可控开关单元；

所述第六可控开关单元；

第一端与负载或电网连接的所述第二电感。

优选的，所述第一直流源的输出电压等于所述第二直流源的输出电压。

优选的，所述第一直流源的输出电压等于所述第二直流源的输出电压的2倍。

优选的，所述第一直流源的输出电压不等于所述第二直流源的输出电压，且所述第一直流源的输出电压不等于所述第二直流源的输出电压的2倍。

一种供电网络，包括上述任一实施例中所述的多电平电路。

一种组合式多电平电路，包括：

与负载或电网连接，用于提供3电平的第一电路；

与负载或电网连接，用于提供2电平的第二电路；

当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流通过所述第一电路以及负载或电网流至所述第二电路；当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流通过所述第二电路以及负载或电网流至所述第一电路；

并且，所述第一电路中的第一直流源的输出电压等于所述第二电路中的第二直流源的输出电压；

或者所述第一电路中的第一直流源的输出电压等于所述第二电路中的第二直流源的输出电压的2倍；

或者所述第一电路中的第一直流源的输出电压不等于所述第二电路中的第二直流源的输出电压，且所述第一电路中的第一直流源的输出电压不等于所述第二电路中的第二直流源的输出电压的2倍。

应用本发明实施例所提供的技术方案，利用第一电路以及第二电路共同构成所需要的多电平电路。并且，本申请的方案中并不需要将第一电路和第二电路设置在同一个地方，即本申请的方案并不是将第一电路和第二电路组成同一个发电源，因此不会增加布线难度，可以方便地应用在分布式发电源的场合中，例如光伏、风电等分布式电源。

具体的，第一电路设置在第一现场，第二电路设置在第二现场，由于并不需要将第一电路和第二电路设置在一个地方构成同一个发电源，因此有利于布线。当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流可以通过第一电路以及负载或电网流至第二电路，即流入第二电路的中性点，相应的，当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流可以通过第二电路以及负载或电网流至第一电路，即流入第一电路的中性点，第一电路和第二电路具有各自的中性点，第一电路和第二电路可以分布式布置，因此本申请的方案便于布线。并且第一电路可以提供P电平，第二电路可以提供Q电平，因此，本申请的多电平电路可以最多提供P×Q个电平。综上可知，本申请的方案在满足了对多电平电路的电平数量要求的前提下，便于布线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种多电平电路的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式中的多电平电路的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种多电平电路，在满足了对多电平电路的电平数量要求的前提下，便于布线。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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做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。

请参考图1，图1为本发明中一种多电平电路的结构示意图，该多电平电路可以包括：

与负载或电网连接，用于提供P电平的第一电路10，且第一电路10设置在第一现场；

与负载或电网连接，用于提供Q电平的第二电路20，且第二电路20设置在第二现场；其中，P，Q均为不小于2的正整数；

当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流通过第一电路10以及负载或电网流至第二电路20；当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流通过第二电路20以及负载或电网流至第一电路10。

可以理解的是，第一电路10以及第二电路20可以均连接至负载。第一电路10以及第二电路20也可以均连接至电网。在实际应用中，以光伏发电为例，通常是在光伏并网时，第一电路10以及第二电路20均与电网连接，而光伏离网时，第一电路10以及第二电路20均与负载连接。后文均以负载为例进行说明。

具体的，当流经负载的电流方向为第一方向时，电流通过第一电路10以及负载流至第二电路20的中性点。例如图2的具体实施方式中，电流通过第一电路10以及负载流至第二电路20中标示出的中性点N。而当流经负载的电流方向为第二方向时，电流通过第二电路20以及负载流至第一电路10中标示出的中性点N。

并且需要强调的是，从电路分析上看，第一电路10的中性点N与第二电路20的中性点N的电气性质相同，但是二者位于不同的场合中，即第一电路10的中性点N处于第一现场，第二电路20的中性点N处于第二现场。在实际应用中，第一电路10的中性点N与第二电路20的中性点N可以均与大地连接，当然，也可以根据实际需要将第一电路10的中性点N和第二电路20的中性点N相连接。

由于本申请的第一电路10的中性点N处于第一现场，第二电路20的中性点N处于第二现场，因此本申请的方案便于布线，特别是适用于分布式电源的场合中。例如在场地A中设置了光伏极板，用于提供3电平，在场地B中设置了光伏极板，用于提供2电平，本申请的方案便可以利用两地的光伏极板构成本申请的多电平电路，并且，本申请并不需要将两地的光伏极板组成同一个发电源，而是依然可以保持分布式布置。

考虑到实际应用中，需要的电平数量较多时，通常是需要6电平，因此，在本发明的一种具体实施方式中，P的取值可以为3，Q的取值可以为2。这样的多电平电路便可以提供最多3×2＝6电平。并且，3电平电路和2电平电路也较为常见，有利于降低对原有电路的布线调整的工作量。

可参阅图2，在该种具体实施方式，第一电路10包括：

第一直流源PV1；

第一端分别与第一直流源PV1的正极以及第一可控开关单元Q1的第一端连接，第二端分别与第二电容C2的第一端以及第二可控开关单元Q2的第二端连接的第一电容C1；

第二端分别与第一直流源PV1的负极以及第四可控开关单元Q4的第二端连接的第二电容C2；

第二端与分别与第三可控开关单元Q3的第二端，第一电感L1的第一端以及第四可控开关单元Q4的第一端连接的第一可控开关单元Q1；

第一端与第三可控开关单元Q3的第一端连接的第二可控开关单元Q2；

第三可控开关单元Q3；

第四可控开关单元Q4；

第二端与负载或电网连接的第一电感L1。

图2中示出了一种较为常见的第一电路10的具体形态，由四个可控开关单元，一个电感，一个直流源以及两个电容实现三电平电路，电路构成简单，便于应用。并且图2中的各个开关单元均为三极管，发射极作为该开关单元的第二端，集电极则作为第一端。在其他实施方式中，也可以选用其他类型的器件，例如选取开关频率较高的MOS管等。

在本发明的一种具体实施方式中，第二电路20可以包括：

第二直流源PV2；

第一端分别与第二直流源PV2的正极以及第五可控开关单元Q5的第一端连接，第二端分别与第二直流源PV2的负极以及第六可控开关单元Q6的第二端连接的电容单元；

第二端与分别与第六可控开关单元Q6的第一端以及第二电感L2的第二端连接的第五可控开关单元Q5；

第六可控开关单元Q6；

第一端与负载或电网连接的第二电感L2。

电容单元可以由单个电容构成，也可以由两个电容构成。例如图2的实施方式中，电容单元包括第三电容C3以及第四电容C4。第三电容C3的第一端作为电容单元的第一端，第三电容C3的第二端与第四电容C4的第一端连接，第四电容C4的第二端作为电容单元的第二端。而采用单个电容的方案时，该电容的第一端可以作为电容单元的第一端，该电容的第二端可以作为电容单元的第一端。并且需要说明的是，当采用单个电容实现该种实施方式的第二电路20时，第二电路20的中性点N即为该电容的中点。

图2中示出的第二电路20也是一种较为常见的具体形态，由两个可控开关单元，一个直流源，一个电感以及两个电容实现两电平电路，电路构成简单，便于应用。

图2的实施方式中，第一电路10和第二电路20相对独立，适应分布式的发电源。第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3以及第四电容C4的具体取值均可以预先设置。各个可控开关单元的电路状态可以参阅表一。

表一：

Uc1，Uc2，Uc3以及Uc4依次表示第一电容C1两端的电压，第二电容C2两端的电压，第三电容C3两端的电压以及第四电容C4两端的电压。并且该种实施方式中，当流经负载的电流方向为第一方向时，电流和电压视为正方向。

进一步的，在本发明的一种具体实施方式中，第一直流源PV1的输出电压等于第二直流源PV2的输出电压。

具体的，Uc1＝Uc2＝E，Uc3＝Uc4＝E。即第一直流源PV1的输出电压为2E，第二直流源PV2的输出电压为2E。则负载电压分别为Uc1+Uc4＝2E，Uc4＝E，-Uc2+Uc4＝0，-Uc2-Uc3＝-2E，Uc1-Uc3＝0，-Uc3＝-E。可以看出，可以提供5种不同的电平至负载。

在本发明的一种具体实施方式中，第一直流源PV1的输出电压等于第二直流源PV2的输出电压的2倍。

具体的，Uc1＝Uc2＝2E，Uc3＝Uc4＝E。即第一直流源PV1的输出电压为4E，第二直流源PV2的输出电压为2E。则负载电压分别为Uc1+Uc4＝3E，Uc4＝E，-Uc2+Uc4＝-E，-Uc2-Uc3＝-3E，Uc1-Uc3＝E，-Uc3＝-E。可以看出，可以提供4种不同的电平至负载。

在本发明的一种具体实施方式中，第一直流源PV1的输出电压不等于第二直流源PV2的输出电压，且第一直流源PV1的输出电压不等于第二直流源PV2的输出电压的2倍。

具体的，例如Uc1＝Uc2＝3E，Uc3＝Uc4＝E。即第一直流源PV1的输出电压为6E，第二直流源PV2的输出电压为2E。则负载电压分别为Uc1+Uc4＝4E，Uc4＝E，-Uc2+Uc4＝-2E，-Uc2-Uc3＝-4E，Uc1-Uc3＝2E，-Uc3＝-E。可以看出，可以提供6种不同的电平至负载。

前述3种实施方式中，对第一直流源PV1的输出电压以及第二直流源PV2的输出电压的设置，实现了四电平，五电平以及六电平，从而满足不同场合中的负载的需求。并且还需要指出的是，由于T型三电平会控制中点平衡，因此通常Uc1＝Uc2，同理，第二电路20的上母线和下母线各占1/2电压，通常Uc3＝Uc4。而如果实际应用中允许电容不平衡，即允许Uc1≠Uc2，Uc3≠Uc4，则可以组合出其他情况。

应用本发明实施例所提供的技术方案，利用第一电路10以及第二电路20共同构成所需要的多电平电路。并且，本申请的方案中并不需要将第一电路10和第二电路20设置在同一个地方，即本申请的方案并不是将第一电路10和第二电路20组成同一个发电源，因此不会增加布线难度，可以方便地应用在分布式发电源的场合中，例如光伏、风电等分布式电源。

具体的，第一电路设置在第一现场，第二电路设置在第二现场，由于并不需要将第一电路和第二电路设置在一个地方构成同一个发电源，因此有利于布线。当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流可以通过第一电路以及负载或电网流至第二电路，即流入第二电路的中性点，相应的，当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流可以通过第二电路以及负载或电网流至第一电路，即流入第一电路的中性点，第一电路和第二电路具有各自的中性点，第一电路和第二电路可以分布式布置，因此本申请的方案便于布线。并且第一电路可以提供P电平，第二电路可以提供Q电平，因此，本申请的多电平电路可以最多提供P×Q个电平。综上可知，本申请的方案在满足了对多电平电路的电平数量要求的前提下，便于布线。

相应于上面的多电平电路的实施例，本发明实施例还提供了一种供电网络，可以包括上述任一实施例中的多电平电路，可与上文相互对应参照，此处不再重复说明。

本发明实施例还提供了一种组合式多电平电路，包括：

与负载或电网连接，用于提供3电平的第一电路；

与负载或电网连接，用于提供2电平的第二电路；

当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流通过第一电路以及负载或电网流至第二电路；当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流通过第二电路以及负载或电网流至第一电路；

并且，第一电路中的第一直流源的输出电压等于第二电路中的第二直流源的输出电压；

或者第一电路中的第一直流源的输出电压等于第二电路中的第二直流源的输出电压的2倍；

或者第一电路中的第一直流源的输出电压不等于第二电路中的第二直流源的输出电压，且第一电路中的第一直流源的输出电压不等于第二电路中的第二直流源的输出电压的2倍

在具体实施方式中，第一电路可以包括：

第一直流源；

第一端分别与第一直流源的正极以及第一可控开关单元的第一端连接，第二端分别与第二电容的第一端以及第二可控开关单元的第二端连接的第一电容；

第二端分别与第一直流源的负极以及第四可控开关单元的第二端连接的第二电容；

第二端与分别与第三可控开关单元的第二端，第一电感的第一端以及第四可控开关单元的第一端连接的第一可控开关单元；

第一端与第三可控开关单元的第一端连接的第二可控开关单元；

第三可控开关单元；

第四可控开关单元；

第二端与负载或电网连接的第一电感；

第二电路可以包括：

第二直流源；

第一端分别与第二直流源的正极以及第五可控开关单元的第一端连接，分别与第二直流源的负极以及第六可控开关单元的第二端连接的电容单元；

第二端与分别与第六可控开关单元的第一端以及第二电感的第二端连接的第五可控开关单元；

第六可控开关单元；

第一端与负载或电网连接的第二电感。

该实施例提供的组合式多电平电路可以参阅上文中的相关实施例的描述，通过对第一直流源的输出电压以及第二直流源的输出电压的设置，使得组合式多电平电路可以为负载或电网提供4电平，5电平或者6电平，满足实际情况下的不同需求。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多电平电路，其特征在于，包括：

与负载或电网连接，用于提供P电平的第一电路，且所述第一电路设置在第一现场；

与负载或电网连接，用于提供Q电平的第二电路，且所述第二电路设置在第二现场；其中，P，Q均为不小于2的正整数；

当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流通过所述第一电路以及负载或电网流至所述第二电路的中性点；当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流通过所述第二电路以及负载或电网流至所述第一电路的中性点；

并且，所述第一电路的中性点N处于所述第一现场，所述第二电路的中性点N处于所述第二现场。

2.根据权利要求1所述的多电平电路，其特征在于，P的取值为3，Q的取值为2。

3.根据权利要求2所述的多电平电路，其特征在于，所述第一电路包括：

第一直流源；

第一端分别与所述第一直流源的正极以及第一可控开关单元的第一端连接，第二端分别与第二电容的第一端以及第二可控开关单元的第二端连接的第一电容；

第二端分别与所述第一直流源的负极以及第四可控开关单元的第二端连接的所述第二电容；

第二端与分别与第三可控开关单元的第二端，第一电感的第一端以及第四可控开关单元的第一端连接的所述第一可控开关单元；

第一端与所述第三可控开关单元的第一端连接的所述第二可控开关单元；

所述第三可控开关单元；

所述第四可控开关单元；

第二端与负载或电网连接的所述第一电感。

4.根据权利要求3所述的多电平电路，其特征在于，所述第二电路包括：

第二直流源；

第一端分别与所述第二直流源的正极以及第五可控开关单元的第一端连接，分别与所述第二直流源的负极以及第六可控开关单元的第二端连接的电容单元；

第二端与分别与第六可控开关单元的第一端以及第二电感的第二端连接的所述第五可控开关单元；

所述第六可控开关单元；

第一端与负载或电网连接的所述第二电感。

5.根据权利要求4所述的多电平电路，其特征在于，所述第一直流源的输出电压等于所述第二直流源的输出电压。

6.根据权利要求4所述的多电平电路，其特征在于，所述第一直流源的输出电压等于所述第二直流源的输出电压的2倍。

7.根据权利要求4所述的多电平电路，其特征在于，所述第一直流源的输出电压不等于所述第二直流源的输出电压，且所述第一直流源的输出电压不等于所述第二直流源的输出电压的2倍。

8.一种供电网络，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的多电平电路。

9.一种组合式多电平电路，其特征在于，包括：

与负载或电网连接，用于提供3电平的第一电路；

与负载或电网连接，用于提供2电平的第二电路；

当流经负载或电网的电流方向为第一方向时，电流通过所述第一电路以及负载或电网流至所述第二电路；当流经负载或电网的电流方向为第二方向时，电流通过所述第二电路以及负载或电网流至所述第一电路；

并且，所述第一电路中的第一直流源的输出电压等于所述第二电路中的第二直流源的输出电压时，所述组合式多电平电路为负载或电网提供5电平；

或者所述第一电路中的第一直流源的输出电压等于所述第二电路中的第二直流源的输出电压的2倍时，所述组合式多电平电路为负载或电网提供4电平；

或者所述第一电路中的第一直流源的输出电压不等于所述第二电路中的第二直流源的输出电压，且所述第一电路中的第一直流源的输出电压不等于所述第二电路中的第二直流源的输出电压的2倍时，所述组合式多电平电路为负载或电网提供6电平。

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