CN205265555U - 一种级联多电平逆变器及其应用系统 - Google Patents
一种级联多电平逆变器及其应用系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种级联多电平逆变器，由多个输出端依次串联的第一子模块和/或第二子模块组成，其中输入端连接的直流源可以电池或者光伏组件，或者是电池和光伏组件的并联形式；相应的，配合所述直流源的选用，所述第一子模块可以是第一DC/AC变换器，或者是相连接的第一DC/DC变换器与第一DC/AC变换器；所述第二子模块可以是一个第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器相连，也可以是多个第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器相连；使得所述级联多电平逆变器可以应用于光储混合型逆变系统，填补了所述级联多电平逆变器在光储混合型逆变系统的应用领域的空白。
Description
技术领域
本实用新型涉及变换器技术领域，特别涉及一种级联多电平逆变器及其应用系统。
背景技术
近年来，级联多电平逆变器由于其开关管电压应力低、输出电压谐波含量少、电压变化率小、可独立控制每个独立的直流源等优点，已经在电力电子技术领域取得一定的应用及发展，尤其是应用于中高压大功率场合。
级联多电平逆变器一般包括多个依次串联的子模块，每个所述子模块均与一个直流源相连。其中，所述子模块一般包括DC/AC变换器，或者也可以包括连接于所述直流源与所述DC/AC变换器之间的DC/DC变换器。
当所述级联多电平逆变器应用于光伏领域时，所述直流源为光伏组件或者单独的一块光伏板。当所述级联多电平逆变器应用于储能领域时，所述直流源为各类电池。目前，所述级联多电平逆变器在纯电池、纯光伏的应用领域已经得到了很好的发展。但是，近年来由于储能产业的发展，光储混合型逆变器的需求也越来越明显，而级联多电平逆变拓扑架构在光储混合型逆变器的应用领域仍旧是个空白。
实用新型内容
本实用新型提供一种级联多电平逆变器及其应用系统，以填补其在光储混合型逆变系统的应用领域的空白。
为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种级联多电平逆变器，应用于光储混合型逆变系统，所述级联多电平逆变器包括：至少两个输出端串联连接且输入端连接不同种类直流源的第一子模块，或者输出端依次串联的至少一个所述第一子模块和至少一个第二子模块，或者输出端依次串联的多个所述第二子模块；其中：
所述第一子模块的输入端连接的所述直流源为电池或者光伏组件；所述第一子模块包括：第一DC/AC变换器；或者，所述第一子模块包括：相连接的第一DC/DC变换器与第一DC/AC变换器；
所述第二子模块的输入端分别与电池及光伏组件相连；所述第二子模块包括：第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器；所述第二DC/DC变换器的两端连接所述第二子模块的输入端，且所述第二DC/DC变换器的任意一端与所述第二DC/AC变换器相连；或者，所述第二DC/DC变换器的个数为多个，多个所述第二DC/DC变换器的一端连接所述第二子模块的输入端，且多个所述第二DC/DC变换器的另一端均与所述第二DC/AC变换器相连。
优选的，所述第二子模块中的所述第二DC/DC变换器的个数为一个；
所述第二DC/DC变换器的一端与电池相连；
所述第二DC/DC变换器的另一端与光伏组件及所述第二DC/AC变换器相连。
优选的，所述第二子模块中的所述第二DC/DC变换器的个数为一个；
所述第二DC/DC变换器的一端与电池及所述第二DC/AC变换器相连；
所述第二DC/DC变换器的另一端与光伏组件相连。
优选的，所述第二子模块中的所述第二DC/DC变换器的个数为多个；
多个所述第二DC/DC变换器的一端分别连接一个电池或者光伏组件，且多个所述第二DC/DC变换器的另一端均与所述第二DC/AC变换器相连。
优选的，所述第一子模块中所述第一DC/AC变换器的个数为一个。
优选的，所述第二子模块中所述第二DC/AC变换器的个数为一个。
优选的，所述第一DC/AC变换器包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第一电容；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管及所述第四开关管均包括体二极管或者均反向并联一个二极管；其中：
所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端及所述第一电容的一端相连，连接点与所述直流源的正极相连；
所述第一开关管的第二端与所述第三开关管的第一端相连，连接点为所述第一DC/AC变换器的第一交流输出端；
所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述第一DC/AC变换器的第二交流输出端；
所述第三开关管的第二端、所述第四开关管的第二端及所述第一电容的另一端相连，连接点与所述直流源的负极相连。
优选的，所述第二DC/AC变换器包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第一电容；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管及所述第四开关管均包括体二极管或者均反向并联一个二极管；其中：
所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端及所述第一电容的一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的直流正极连接点；
所述第一开关管的第二端与所述第三开关管的第一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的第一交流输出端；
所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的第二交流输出端；
所述第三开关管的第二端、所述第四开关管的第二端及所述第一电容的另一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的直流负极连接点。
一种级联多电平逆变器的应用系统，与负载及电网相连；所述级联多电平逆变器的应用系统包括：电感、第二电容、电能检测器、控制器及上述任一所述的级联多电平逆变器；其中：
所述级联多电平逆变器的一端通过所述电感与所述第二电容的一端、所述负载的一端及所述电能检测器的一端相连；
所述电能检测器的另一端与所述电网的一端相连；
所述电网的另一端、所述负载的另一端及所述第二电容的另一端与所述级联多电平逆变器的另一端相连；
所述控制器与所述电能检测器及所述级联多电平逆变器相连。
本实用新型提供的级联多电平逆变器，由多个输出端依次串联的第一子模块和/或第二子模块组成，其中输入端连接的直流源可以电池或者光伏组件，或者是电池和光伏组件的并联形式；相应的，配合所述直流源的选用，所述第一子模块可以是第一DC/AC变换器，或者是相连接的第一DC/DC变换器与第一DC/AC变换器；所述第二子模块可以是一个第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器相连，也可以是多个第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器相连；使得所述级联多电平逆变器可以应用于光储混合型逆变系统，填补了所述级联多电平逆变器在光储混合型逆变系统的应用领域的空白。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的级联多电平逆变器的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的级联多电平逆变器的部分结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的另一级联多电平逆变器的部分结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的另一级联多电平逆变器的部分结构示意图；
图5是本实用新型实施例提供的另一级联多电平逆变器的部分结构示意图；
图6是本实用新型实施例提供的另一级联多电平逆变器的部分结构示意图；
图7是本实用新型实施例提供的另一级联多电平逆变器的部分结构示意图；
图8是本实用新型实施例提供的另一级联多电平逆变器的部分结构示意图；
图9是本实用新型实施例提供的另一级联多电平逆变器的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
本实用新型提供一种级联多电平逆变器，以填补其在光储混合型逆变系统的应用领域的空白。
具体的，所述级联多电平逆变器应用于光储混合型逆变系统，所述级联多电平逆变器如图1所示，包括：至少两个输出端串联连接且输入端连接不同种类直流源的第一子模块101，或者输出端依次串联的至少一个第一子模块101和至少一个第二子模块102，或者输出端依次串联的多个第二子模块102；其中：
第一子模块101的输入端连接的直流源200为电池或者光伏组件；第一子模块101包括：第一DC/AC变换器；或者，第一子模块101包括：相连接的第一DC/DC变换器与第一DC/AC变换器；
第二子模块102的输入端分别与电池及光伏组件相连；第二子模块102包括：第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器；所述第二DC/DC变换器的两端连接所述第二子模块的输入端，且所述第二DC/DC变换器的任意一端与所述第二DC/AC变换器相连；或者，所述第二DC/DC变换器的个数为多个，多个所述第二DC/DC变换器的一端连接所述第二子模块的输入端，且多个所述第二DC/DC变换器的另一端均与所述第二DC/AC变换器相连。
第一子模块101中，由于其实现形式多样且连接的直流源200种类不同，所以其具体实现形式可以参见图2至图5，均可以应用于图1中。
第二子模块102中，为了保证电池与光伏组件能够并联连接于所述第二DC/AC变换器的一端，电池与光伏组件中的一个或者两个需要所述第二DC/DC变换器将两者的电压调整一致后，再并联于所述第二DC/AC变换器的一端。其具体实现形式可以参见图6至图8，均可以应用于图1中。
其中，如图6所示，第二子模块102中的所述第二DC/DC变换器的个数为一个；
所述第二DC/DC变换器的一端与电池相连；
所述第二DC/DC变换器的另一端与光伏组件及所述第二DC/AC变换器相连。
图6中，所述第二DC/DC变换器将电池的输出电压调整至与光伏组件的输出电压一致后，再输出至所述第二DC/AC变换器进行直流交流的变换。
如图7所示，第二子模块102中的所述第二DC/DC变换器的个数为一个；
所述第二DC/DC变换器的一端与电池及所述第二DC/AC变换器相连；
所述第二DC/DC变换器的另一端与光伏组件相连。
图7中，所述第二DC/DC变换器将光伏组件的输出电压调整至与电池的输出电压一致后，再输出至所述第二DC/AC变换器进行直流交流的变换。
如图8所示，第二子模块102中的所述第二DC/DC变换器的个数为多个；
多个所述第二DC/DC变换器的一端分别连接一个电池或者光伏组件，且多个所述第二DC/DC变换器的另一端均与所述第二DC/AC变换器相连。
图8中，两个所述第二DC/DC变换器分别对光伏组件的输出电压与电池的输出电压进行变换，将两者调整至一致后，再输出至所述第二DC/AC变换器进行直流交流的变换。
图6至图8中的第二子模块102均以与一个电池及一个光伏组件相连为例进行说明的，在具体实际中，第二子模块102可以与多个电池及光伏组件相连，其具体个数此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，一个第一子模块101中，所述第一DC/AC变换器只有一个；一个第二子模块102中，所述第二DC/AC变换器只有一个。且图1中仅为一种示例，所述级联多电平逆变器的具体实现形式可以为图2至图8中的任意组合，此处不做具体限定，只要保证所述级联多电平逆变器既包括电池，同时也包括光伏组件即可，均在本申请的保护范围内。
本实施例所述的级联多电平逆变器，由多个依次串联的第一子模块101和/或第二子模块102组成，其中输入端连接的直流源可以电池或者光伏组件，或者是电池和光伏组件的并联形式；相应的，配合直流源的选用，第一子模块101可以是第一DC/AC变换器，或者是相连接的第一DC/DC变换器与第一DC/AC变换器；第二子模块102可以是一个第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器相连，也可以是多个第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器相连；使得所述级联多电平逆变器可以应用于光储混合型逆变系统，填补了所述级联多电平逆变器在光储混合型逆变系统的应用领域的空白。
具体的，如图9所示，所述级联多电平逆变器包括：至少两个输出端串联连接且输入端连接不同种类直流源的第一子模块101。
优选的，如图9所示，第一子模块101均为第一DC/AC变换器。
优选的，如图9所示，所述第一DC/AC变换器包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4及第一电容C1；第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4均包括体二极管或者均反向并联一个二极管；其中：
第一开关管Q1的第一端、第二开关管Q2的第一端及第一电容C1的一端相连，连接点与直流源200的正极相连；
第一开关管Q1的第二端与第三开关管Q3的第一端相连，连接点为所述第一DC/AC变换器的第一交流输出端；
第二开关管Q2的第二端与第四开关管Q4的第一端相连，连接点为所述第一DC/AC变换器的第二交流输出端；
第三开关管Q3的第二端、第四开关管Q4的第二端及第一电容C1的另一端相连，连接点与直流源200的负极相连。
图9所示仅为一种所述级联多电平逆变器的示例，并不一定限定于此，只要保证一部分第一子模块101连接的直流源200是电池，同时存在一部分第一子模块101连接的直流源200是光伏组件，可以应用于光储混合型逆变系统的应用领域即可，均在本申请的保护范围内。
另外，所述第二DC/AC变换器包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第一电容；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管及所述第四开关管均包括体二极管或者均反向并联一个二极管；其中：
所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端及所述第一电容的一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的直流正极连接点；
所述第一开关管的第二端与所述第三开关管的第一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的第一交流输出端；
所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的第二交流输出端；
所述第三开关管的第二端、所述第四开关管的第二端及所述第一电容的另一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的直流负极连接点。
所述第二DC/AC变换器的具体实现形式可以与所述第一DC/AC变换器相同，当然也可以采用其他实现形式，此处仅为一种示例，并不一定限定于此，可以视其具体的应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
本实用新型另一实施例还提供了一种级联多电平逆变器的应用系统，如图9所示，与负载Load及电网Grid相连；所述级联多电平逆变器的应用系统包括：电感L、第二电容C2、电能检测器Meter、控制器及上述实施例所述的级联多电平逆变器；其中：
所述级联多电平逆变器的一端通过电感L与第二电容C2的一端、负载Load的一端及电能检测器Meter的一端相连；
电能检测器Meter的另一端与电网Grid的一端相连；
电网Grid的另一端、负载Load的另一端及第二电容C2的另一端与所述级联多电平逆变器的另一端相连；
所述控制器与电能检测器Meter及所述级联多电平逆变器相连。
所述级联多电平逆变器具体的实现形式及工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。
优选的，如图6所示，第二子模块102中的所述第二DC/DC变换器的个数为一个；
所述第二DC/DC变换器的一端与电池相连；
所述第二DC/DC变换器的另一端与光伏组件及所述第二DC/AC变换器相连。
如图7所示，第二子模块102中的所述第二DC/DC变换器的个数为一个；
所述第二DC/DC变换器的一端与电池及所述第二DC/AC变换器相连；
所述第二DC/DC变换器的另一端与光伏组件相连。
如图8所示，第二子模块102中的所述第二DC/DC变换器的个数为多个；
多个所述第二DC/DC变换器的一端分别连接一个电池或者光伏组件，且多个所述第二DC/DC变换器的另一端均与所述第二DC/AC变换器相连。
优选的，一个第一子模块101中，所述第一DC/AC变换器只有一个；一个第二子模块102中，所述第二DC/AC变换器只有一个。
优选的，如图9所示，所述级联多电平逆变器包括：至少两个输出端串联连接且输入端连接不同种类直流源的第一子模块101。
优选的，如图9所示，第一子模块101均为第一DC/AC变换器。
优选的，如图9所示，所述第一DC/AC变换器包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4及第一电容C1；第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4均包括体二极管或者均反向并联一个二极管；其中：
第一开关管Q1的第一端、第二开关管Q2的第一端及第一电容C1的一端相连，连接点与直流源200的正极相连；
第一开关管Q1的第二端与第三开关管Q3的第一端相连，连接点为所述第一DC/AC变换器的第一交流输出端；
第二开关管Q2的第二端与第四开关管Q4的第一端相连，连接点为所述第一DC/AC变换器的第二交流输出端；
第三开关管Q3的第二端、第四开关管Q4的第二端及第一电容C1的另一端相连，连接点与直流源200的负极相连。
图9所示仅为一种所述级联多电平逆变器的示例，并不一定限定于此，只要保证一部分第一子模块101连接的直流源200是电池，同时存在一部分第一子模块101连接的直流源200是光伏组件，可以应用于光储混合型逆变系统的应用领域即可，均在本申请的保护范围内。
以十三个第一子模块101为例进行说明，其中十二个第一子模块101采用H桥结构连接光伏组件，第十三个第一子模块101中采用H桥结构连接电池，如图9所示。
其中每个所述光伏组件可以为一块独立的太阳能电池板，额定Voc40V、Vmpp32V左右。每个所述电池可以为一组36V的电池组，电网额定电压230V，电网输入端串接一个电能检测器Meter用于检测入网端功率，所述级联多电平逆变器的应用系统的输出端并有负载Load，比如家庭负荷。
所述级联多电平逆变器的应用系统可以应用于光储混合型逆变系统的应用领域，其具体的工作原理为：
十二个第一子模块101连接的光伏组件发电供给负载Load，即供给家庭负荷用电。当所述控制器根据电能检测器Meter检测到有多余的功率时，通过控制第十三个第一子模块101中的所述DC/AC变换器，给电池充电。当电池充满电时，所述控制器控制将剩余的能量馈入电网Grid。当由电能检测器Meter检测到十二个第一子模块101连接的光伏发电不足以支撑所述家庭负荷时，在电池有存电的情况下，所述控制器第十三个第一子模块101中的所述DC/AC变换器，使电池放电对所述家庭负荷用电进行补充。另外，在十二个第一子模块101连接的光伏组件发生故障时，可由第十三个第一子模块101作为冗余模块提供输出电平，第十三个第一子模块101自身通过所述控制器的控制，仅以微弱的功率支撑自身功率平衡即可。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种级联多电平逆变器，其特征在于，应用于光储混合型逆变系统，所述级联多电平逆变器包括：至少两个输出端串联连接且输入端连接不同种类直流源的第一子模块，或者输出端依次串联的至少一个所述第一子模块和至少一个第二子模块，或者输出端依次串联的多个所述第二子模块；其中：
所述第一子模块的输入端连接的所述直流源为电池或者光伏组件；所述第一子模块包括：第一DC/AC变换器；或者，所述第一子模块包括：相连接的第一DC/DC变换器与第一DC/AC变换器；
所述第二子模块的输入端分别与电池及光伏组件相连；所述第二子模块包括：第二DC/DC变换器与第二DC/AC变换器；所述第二DC/DC变换器的两端连接所述第二子模块的输入端，且所述第二DC/DC变换器的任意一端与所述第二DC/AC变换器相连；或者，所述第二DC/DC变换器的个数为多个，多个所述第二DC/DC变换器的一端连接所述第二子模块的输入端，且多个所述第二DC/DC变换器的另一端均与所述第二DC/AC变换器相连。
2.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器，其特征在于，所述第二子模块中的所述第二DC/DC变换器的个数为一个；
所述第二DC/DC变换器的一端与电池相连；
所述第二DC/DC变换器的另一端与光伏组件及所述第二DC/AC变换器相连。
3.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器，其特征在于，所述第二子模块中的所述第二DC/DC变换器的个数为一个；
所述第二DC/DC变换器的一端与电池及所述第二DC/AC变换器相连；
所述第二DC/DC变换器的另一端与光伏组件相连。
4.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器，其特征在于，所述第二子模块中的所述第二DC/DC变换器的个数为多个；
多个所述第二DC/DC变换器的一端分别连接一个电池或者光伏组件，且多个所述第二DC/DC变换器的另一端均与所述第二DC/AC变换器相连。
5.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器，其特征在于，所述第一子模块中所述第一DC/AC变换器的个数为一个。
6.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器，其特征在于，所述第二子模块中所述第二DC/AC变换器的个数为一个。
7.根据权利要求1至6任一所述的级联多电平逆变器，其特征在于，所述第一DC/AC变换器包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第一电容；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管及所述第四开关管均包括体二极管或者均反向并联一个二极管；其中：
所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端及所述第一电容的一端相连，连接点与所述直流源的正极相连；
所述第一开关管的第二端与所述第三开关管的第一端相连，连接点为所述第一DC/AC变换器的第一交流输出端；
所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述第一DC/AC变换器的第二交流输出端；
所述第三开关管的第二端、所述第四开关管的第二端及所述第一电容的另一端相连，连接点与所述直流源的负极相连。
8.根据权利要求1至6任一所述的级联多电平逆变器，其特征在于，所述第二DC/AC变换器包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第一电容；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管及所述第四开关管均包括体二极管或者均反向并联一个二极管；其中：
所述第一开关管的第一端、所述第二开关管的第一端及所述第一电容的一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的直流正极连接点；
所述第一开关管的第二端与所述第三开关管的第一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的第一交流输出端；
所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的第二交流输出端；
所述第三开关管的第二端、所述第四开关管的第二端及所述第一电容的另一端相连，连接点为所述第二DC/AC变换器的直流负极连接点。
9.一种级联多电平逆变器的应用系统，其特征在于，与负载及电网相连；所述级联多电平逆变器的应用系统包括：电感、第二电容、电能检测器、控制器及权利要求1至8任一所述的级联多电平逆变器；其中：
所述级联多电平逆变器的一端通过所述电感与所述第二电容的一端、所述负载的一端及所述电能检测器的一端相连；
所述电能检测器的另一端与所述电网的一端相连；
所述电网的另一端、所述负载的另一端及所述第二电容的另一端与所述级联多电平逆变器的另一端相连；
所述控制器与所述电能检测器及所述级联多电平逆变器相连。
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