CN116488487B - 一种交流多电平光子电能变换器拓扑的调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流多电平光子电能变换器拓扑的调制方法,针对现有光子电能变换器只能实现DC‑DC的问题,交流多电平光子电能变换器结合光电材料特性和电气输出特性,通过拓扑设计实现光子电能变换器直流输入、交流多电平输出,并且通过更改光伏元件的个数获得多种电平数;同时,交流多电平光子电能变换器通过光子进行能量转换与耦合,具有体积小、低电磁干扰、低输出纹波等优点,从而解决传统开关变换器存在的体积大、输出纹波大和电磁干扰等问题。本发明的交流多电平光子电能变换器实现了DC‑AC电能变换,将扩展光子电能变换器的输入输出形式及其应用领域,同时提供了一种产生多电平的新方法。
Description
技术领域
本发明涉及电能变换领域,特别是涉及一种交流多电平光子电能变换器拓扑的调制方法。
背景技术
传统开关变换器存在体积大、输出纹波大和电磁干扰等问题,难以应用于需要高质量输出的场合;光子变压器具备高质量电能输出,但只能实现DC-DC电能变换,无法实现直流输入、交流输出,输入输出的形式单一,使其只能应用于升压或降压的直流场合,难以满足交流输出的工作需求,其适用范围受限。
本发明公开了一种交流多电平光子电能变换器拓扑。针对现有光子电能变换器只能直流输入、直流输出的问题,结合光电材料特性和电气输出特性提出一种可以实现直流输入、交流输出的光子电能变换器,且该交流形式为多电平,通过更改光伏组件中的光伏元件个数获得多种电平数,由此,提供了一种产生多电平的方法,扩展了光子电能变换器输入输出形式及其应用领域,同时具有体积小、低电磁干扰、低输出纹波等优点。
发明内容
本发明公开了一种交流多电平光子电能变换器拓扑的调制方法,针对现有光子电能变换器只能实现DC-DC的问题,交流多电平光子电能变换器结合光电材料特性和电气输出特性,通过拓扑设计实现光子电能变换器直流输入、交流多电平输出,并且通过更改光伏元件的个数获得多种电平数;同时,交流多电平光子电能变换器通过光子进行能量转换与耦合,具有体积小、低电磁干扰、低输出纹波等优点,从而解决传统开关变换器存在的体积大、输出纹波大和电磁干扰等问题。本发明的交流多电平光子电能变换器实现了DC-AC电能变换,将扩展光子电能变换器的输入输出形式及其应用领域,同时提供了一种产生多电平的新方法。
一种交流多电平光子电能变换器的拓扑包括:输入侧直流电源Vin、输入侧LED、光子调节器、输出侧光伏PV组件1、输出侧光伏PV组件2;
其输出侧光伏PV组件1包括:光伏元件pv11、光伏元件pv12、....、光伏元件pv1n;
其输出侧光伏PV组件2包括:光伏元件pv21、光伏元件pv22、....、光伏元件pv2n;
所述输入侧直流电源Vin的正极与所述输入侧LED的正极连接;
所述输入侧直流电源Vin的负极与所述输入侧LED的负极连接;
所述光伏元件pv11的正极与所述光伏元件pv21的负极连接;
所述光伏元件pv11的负极与所述光伏元件pv12的正极连接、所述光伏元件pv12的负极与所述光伏元件pv13的正极连接、...、所述光伏元件pv1(n-1)的负极与所述光伏元件pv1n的正极连接;
所述光伏元件pv1n的负极与所述光伏元件pv2n的正极连接;
所述光伏元件pv21的正极与所述光伏元件pv22的负极连接、所述光伏元件pv22的正极与所述光伏元件pv23的负极连接、...、所述光伏元件pv2(n-1)的正极与所述光伏元件pv2n的负极连接。
优选地,所述输入侧LED的波长与所述输出侧光伏PV组件1和所述输出侧光伏PV组件2的接收峰值波长相匹配,有利于光子能量的高效传输。
一种交流多电平光子电能变换器的调制方法包括以下步骤:
S1:将所述光子调节器转动至初始位置,即与所述输入侧LED平行;
S2:将所述光子调节器顺时针转动,所述输出侧光伏PV组件1工作,转动直至所述光子调节器将所有光子反射至所述输出侧光伏PV组件1结束;
S3:将所述光子调节器逆时针转动,所述输出侧光伏PV组件1工作,转动直至所述光子调节器初始位置,即与所述输入侧LED平行结束;
S4:将所述光子调节器逆时针转动,所述输出侧光伏PV组件2工作,转动直至所述光子调节器将所有光子反射至所述输出侧光伏PV组件2结束;
S5:将所述光子调节器顺时针转动,所述输出侧光伏PV组件2工作,转动直至所述光子调节器初始位置,即与所述输入侧LED平行结束。
从以上技术方法可以看出,本发明案例实施具有以下有益效果:
交流多电平光子电能变换器结合光电材料特性和电气输出特性,通过拓扑设计实现了光子电能变换器直流输入、交流多电平输出类型的电能变换,并且通过更改光伏组件中光伏元件的个数改变输出电压的电平数,提供一种产生多电平的方法,扩展了光子电能变换器输入输出形式及其应用领域。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。对于本领域普通技术人员来说,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为本发明的一种交流多电平光子电能变换器电路结构的示意图;
图2为本发明的一种交流七电平光子电能变换器电路结构的示意图;
图3为本发明的一种调节光子调节器输出交流七电平正半周的示意图;
图4为本发明的一种调节光子调节器输出交流七电平负半周的示意图;
图5为本发明的一种交流七电平光子电能变换器工作特性波形图;
其中:Vin为输入侧直流电源输出电压、uo(t)为光伏PV组件交流输出电压、θ为光子调节器反射光子到光伏PV组件1的内角、α为光子调节器反射光子到光伏PV组件2的内角、Φv为输入侧LED发射的光子数量、Pd为输入侧直流电源输出功率、θ1为光子调节器反射光子到光伏元件pv11的内角、θ2为光子调节器反射光子到光伏元件pv12的内角、θ3为光子调节器反射光子到光伏元件pv13的内角、α1为光子调节器反射光子到光伏元件pv21的内角、α2为光子调节器反射光子到光伏元件pv22的内角、α3为光子调节器反射光子到光伏元件pv23的内角。
具体实施方式
为使本发明实施例中的目的、技术方案和特点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。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。
具体地,本发明中提供的交流多电平光子电能变换器可输出多种电平形式,在实际应用中,用户可根据实际需求来选择光伏组件中光伏元件的数量以获得多种电平数,本申请中在此以输出七电平为例,即光伏PV组件1、光伏PV组件2分别包含光伏元件数量为3。
请参照图1,图1为本发明的一种交流多电平光子电能变换器电路结构的示意图,包括:输入侧直流电源Vin、输入侧LED、光子调节器、输出侧光伏PV组件1、输出侧光伏PV组件2,其输出电压uo(t)输出N电平,为:
请参照图2,图2为本发明的一种交流七电平光子电能变换器电路结构的示意图,包括:输入侧直流电源Vin、输入侧LED、光子调节器、输出侧光伏PV组件1、输出侧光伏PV组件2;
输出侧光伏PV组件1包括:pv11、pv12、pv13;
输出侧光伏PV组件2包括:pv21、pv22、pv23;
输入侧直流电源Vin的正极与输入侧LED的正极连接;
输入侧直流电源Vin的负极与输入侧LED的负极连接;
光伏元件pv11的正极与光伏元件pv21的负极连接;
光伏元件pv11的负极与光伏元件pv12的正极连接、光伏元件pv12的负极与光伏元件pv13的正极连接、...、光伏元件pv1(n-1)的负极与光伏元件pv1n的正极连接;
光伏元件pv1n的负极与光伏元件pv2n的正极连接;
光伏元件pv21的正极与光伏元件pv22的负极连接、光伏元件pv22的正极与光伏元件pv23的负极连接、...、光伏元件pv2(n-1)的正极与光伏元件pv2n的负极连接;
输出侧光伏PV组件1与输出侧光伏PV组件2输出交流多电平uo(t)。
请参照图3,图3为一种调节光子调节器输出交流七电平正半周的示意图,光子调节器的具体调制方法为:
S1:如图3(a)所示,将光子调节器转动至初始位置,即与输入侧LED平行,此时光子能量被光子调节器截止,输出侧光伏PV组件1不工作,输出侧光伏PV组件2不工作,输出电压为0,即一电平;
S2:如图3(b)、图3(c)、图3(d)、图3(e)所示,将光子调节器顺时针转动至θ1角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件1中的光伏元件pv11,光伏元件pv11工作,此时输出电压uo(t)输出二电平;将光子调节器顺时针转动至θ2角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件1中的光伏元件pv11、pv12,光伏元件pv11、pv12工作,此时输出电压uo(t)输出三电平;将光子调节器顺时针转动至θ3角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件1中的光伏元件pv11、pv12、pv13,光伏元件pv11、pv12、pv13工作,此时输出电压uo(t)输出四电平,此时光子调节器调节角度达到最大值;
S3:如图3(f)、图3(g)、图3(h)所示,将光子调节器逆时针转动至θ2角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件1中的光伏元件pv11、pv12,光伏元件pv11、pv12工作,此时输出电压uo(t)输出三电平;将光子调节器逆时针转动至θ1角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件1中的光伏元件pv11,光伏元件pv11工作,此时输出电压uo(t)输出二电平;将光子调节器逆时针转动至初始位置,即与输入侧LED平行,此时光子能量被光子调节器截止,输出侧光伏PV组件1不工作,输出电压uo(t)输出一电平;
综上所述,输出电压uo(t)输出交流七电平的正半周,其输出电压uo1(t)为:
请参照图4,图4为一种调节光子调节器输出交流七电平负半周的示意图,光子调节器的具体调制方法为:
S4:如图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)、图4(e)所示,将光子调节器逆时针转动至α1角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件2中的光伏元件pv21,光伏元件pv21工作,此时输出电压uo(t)输出五电平;将光子调节器逆时针转动至α2角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件2中的光伏元件pv21、pv22,光伏元件pv21、pv22工作,此时输出电压uo(t)输出六电平;将光子调节器逆时针转动至α3角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件2中的光伏元件pv21、pv22、pv23,光伏元件pv21、pv22、pv23工作,此时输出电压uo(t)输出七电平,此时光子调节器调节角度达到最大值;
S5:如图4(f)、图4(g)、图4(h)所示,将光子调节器顺时针转动至α2角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件2中的光伏元件pv21、pv22,光伏元件pv21、pv22工作,此时输出电压uo(t)输出六电平;将光子调节器顺时针转动至α1角度,光子能量反射至输出侧光伏PV组件2中的光伏元件pv21,光伏元件pv21工作,此时输出电压uo(t)输出五电平;将光子调节器顺时针转动至初始位置,即与输入侧LED平行,此时光子能量被光子调节器截止,输出侧光伏PV组件2不工作,输出电压uo(t)输出一电平;
综上所述,输出电压uo(t)输出交流七电平的负半周,其输出电压uo2(t)为:
综上所述,一种交流多电平光子电能变换器的输出电压uo(t)输出交流七电平。
请参照图5,图5为本发明的一种交流七电平光子电能变换器工作特性波形图,一种交流七电平输出光子电能变换器的输出电压uo(t)为:
综上,本发明公开了一种交流多电平光子电能变换器拓扑及其调制方法,结合光电材料特性和电气输出特性,通过拓扑设计实现光子电能变换器DC-AC的电能变换,并且输出为多电平形式,提供了一种实现多电平的方法,将扩展光子电能变换器的应用领域。
上述的实施例仅用于说明本申请的技术方案,而非对其限制;对本发明所公开的实施例的说明,使本领域的专业技术人员能够使用或实现本发明,其依然可以对前述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;而这些替换或者修改,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 (3)
1.一种交流多电平光子电能变换器拓扑的调制方法,其特征在于,所述交流多电平光子电能变换器拓扑包括:输入侧直流电源Vin、输入侧LED、光子调节器、输出侧光伏PV组件1、输出侧光伏PV组件2;
所述输出侧光伏PV组件1包括光伏元件:光伏元件pv11、光伏元件pv12、...、光伏元件pv1n;
所述输出侧光伏PV组件2包括光伏元件:光伏元件pv21、光伏元件pv22、...、光伏元件pv2n;
所述输入侧直流电源Vin的正极与所述输入侧LED的正极连接;
所述输入侧直流电源Vin的负极与所述输入侧LED的负极连接;
所述光伏元件pv11的正极与所述光伏元件pv21的负极连接;
所述光伏元件pv11的负极与所述光伏元件pv12的正极连接、所述光伏元件pv12的负极与所述光伏元件pv13的正极连接、...、所述光伏元件pv1(n-1)的负极与所述光伏元件pv1n的正极连接;
所述光伏元件pv1n的负极与所述光伏元件pv2n的正极连接;
所述光伏元件pv21的正极与所述光伏元件pv22的负极连接、所述光伏元件pv22的正极与所述光伏元件pv23的负极连接、...、所述光伏元件pv2(n-1)的正极与所述光伏元件pv2n的负极连接;
该交流多电平光子电能变换器拓扑的调制方法,具体步骤为:
S1:将所述光子调节器转动至初始位置,即与所述输入侧LED平行;
S2:将所述光子调节器顺时针转动,所述输出侧光伏PV组件1工作,转动直至所述光子调节器将所有光子反射至所述输出侧光伏PV组件1结束;
S3:将所述光子调节器逆时针转动,所述输出侧光伏PV组件1工作,转动直至所述光子调节器初始位置,即与所述输入侧LED平行结束;
S4:将所述光子调节器逆时针转动,所述输出侧光伏PV组件2工作,转动直至所述光子调节器将所有光子反射至所述输出侧光伏PV组件2结束;
S5:将所述光子调节器顺时针转动,所述输出侧光伏PV组件2工作,转动直至所述光子调节器初始位置,即与所述输入侧LED平行结束。
2.根据权利要求1所述的交流多电平光子电能变换器拓扑的调制方法,其特征在于,S1至S3的输出侧结果为:
所述输出侧光伏PV组件1工作,输出交流多电平正半周,多电平数量根据所述输出侧光伏PV组件1包含的所述光伏元件数量确定,输出电压交流多电平正半周uo1(t)通过公式
得到,其中N为输出电压的电平数,式中Vpv11=Vpv12=......=Vpv1n。
3.根据权利要求1所述的交流多电平光子电能变换器拓扑的调制方法,其特征在于,S4至S5的输出侧结果为:
所述输出侧光伏PV组件2工作,输出交流多电平负半周,多电平数量根据所述输出侧光伏PV组件2包含的所述光伏元件数量确定,输出电压多电平负半周uo2(t)通过公式
得到,其中N为输出电压的电平数,式中Vpv21=Vpv22=......=Vpv2n。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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