CN218587085U

CN218587085U - 并网逆变器和同相供电系统

Info

Publication number: CN218587085U
Application number: CN202222428664.0U
Authority: CN
Inventors: 贺小林; 王京辉; 杨帆
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2032-09-13

Abstract

本公开涉及一种并网逆变器及其控制方法和装置、同相供电系统。该并网逆变器包括电源电路和电感式辅助分压电路，其中，电源电路和电感式辅助分压电路连接；并网逆变器，被配置为对交流电源的输出电压进行升压；电源电路包括至少一个单相电源电路，其中，每个单相电源电路均与电感式辅助分压电路连接。本公开提供了一种减少了开关数量的共接地逆变器，本公开逆变器具有升压特性，并且可以扩展到三相系统，同时保持逆变器的共接地特性。

Description

并网逆变器和同相供电系统

技术领域

本公开涉及电源技术领域，特别涉及一种并网逆变器和同相供电系统。

背景技术

由于无变压器(TL)并网逆变器可以减轻对地漏电流的风险并提高并网系统的整体效率和功率密度，因此只要在单个功率处理阶段能实现其固有的升压特性，该专利便在可再生能源的应用拓宽了道路，因此具有共接地(CG)特性的无变压器(TL)并网逆变器特别是在可再生能源领域风头一时无两。

实用新型内容

发明人通过研究发现：虽然目前相关技术上使用的集成到传统虚拟直流链路里的基于CG的三电平(3L)逆变器中的开关升压(SB)和开关电容器(SC)技术可以增加转换器的整体升压增益，并且元器件数量越多可以生成的输出电压越高，但是此类TL逆变器仅能够生成适用于单相电路配置的电平，而对于三相扩展，整体组件的数量将增加三倍，因此，相关技术需要更多的无源和有源元件。

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种并网逆变器和同相供电系统，是一种新的减少了开关数量的共接地逆变器。

根据本公开的一个方面，提供一种并网逆变器，包括电源电路和电感式辅助分压电路，其中：

电源电路和电感式辅助分压电路连接；

并网逆变器，被配置为对交流电源的输出电压进行升压；

电源电路包括至少一个单相电源电路，其中，每个单相电源电路均与电感式辅助分压电路连接。

在本公开的一些实施例中，电源电路为单相电源电路或三相电源电路，其中：

在电源电路为三相电源电路的情况下，电源电路包括三个单相电源电路，其中，每个单相电源电路均与电感式辅助分压电路连接；

在电源电路为单相电源电路的情况下，单相电源电路与电感式辅助分压电路连接。

在本公开的一些实施例中，电感式辅助分压电路包括直流输入电源、第一开关管、第二开关管、第一电容器和第一电感，其中：

第一开关管和第二开关管串联连接，组成开关管电路；直流输入电源和第一电容器串联连接，组成分压电路；分压电路和开关管电路并联连接；

第一开关管和第二开关管的连接点为第一连接点，直流输入电源和第一电容器的连接点为第二连接点，第一电感设置在第一连接点和第二连接点之间；第一开关管和直流输入电源通过接地点连接，第二开关管和第一电容器通过第三连接点连接。

在本公开的一些实施例中，每个单相电源电路均通过第二连接点、第三连接点和接地点与电感式辅助分压电路连接。

在本公开的一些实施例中，每个单相电源电路包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关、第五电源开关、电感型滤波器、谐振电感器、第二电容器和二极管，其中：

第一电源开关、第三电源开关、电感型滤波器和交流电源串联连接在第三连接点和接地点之间；

第五电源开关设置在第二连接点和第四连接点之间，其中，第四连接点为第一电源开关和第三电源开关的连接点；

第二电源开关设置在第三连接点和接地点之间；

第二电容器和第四电源开关串联连接后，与第三电源开关并联连接；

二极管和谐振电感器串联连接在第五连接点与接地点之间，其中，第五连接点为第二电容器和第四电源开关的连接点。

在本公开的一些实施例中，在第一开关管导通、第二开关管关断的情况下，直流输入电源、第一开关管和第一电感组成导通回路，对第一电感进行充电。

在本公开的一些实施例中，在第一开关管关断、第二开关管导通的情况下，第二开关管、第一电感和第一电容器组成导通回路，第一电感放电，为第一电容器充电。

在本公开的一些实施例中，第一开关管和第二开关管以预定时间间隔交替导通，在第一开关管和第二开关管中的一个开关管导通的情况下，另一个开关管关断。

在本公开的一些实施例中，第一电容器两端的电压等于直流输入电源的直流电压。

在本公开的一些实施例中，在电源电路包括N个单相电源电路的情况下，电源电路输出的不同电平电压的数量为4N+1，其中，N为大于0的自然数。

在本公开的一些实施例中，单相电源电路输出的不同电平电压的数量为5；三相电源电路输出的不同电平电压的数量为13。

在本公开的一些实施例中，在第二开关管、第二电源开关和第三电源开关导通，第一开关管、第一电源开关、第四电源开关和第五电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第二电源开关和第三电源开关组成导通回路，单相电源电路处于第一工作状态，交流电源的输出电压为0。

在本公开的一些实施例中，在第一开关管、第五电源开关和第三电源开关导通，第二开关管、第一电源开关、第四电源开关和第二电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第三电源开关、第五电源开关、输入直流电源、第一电感和第一开关管组成导通回路，单相电源电路处于第二工作状态，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压。

在本公开的一些实施例中，在第一电源开关和第三电源开关导通，第五电源开关、第四电源开关和第二电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第三电源开关、第一电源开关、输入直流电源、第一电容器、第二电容器、二极管和谐振电感器组成导通回路，单相电源电路处于第三工作状态，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压的二倍。

在本公开的一些实施例中，在第四电源开关和第五电源开关导通，第一电源开关、第二电源开关和第三电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第四电源开关、二极管和谐振电感器组成导通回路，单相电源电路处于第四工作状态，交流电源的输出电压为0。

在本公开的一些实施例中，在第五电源开关和第五电源开关导通，第一电源开关、第三电源开关和第二电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第四电源开关、第二电容器、第五电源开关和输入直流电源组成导通回路，单相电源电路处于第五工作状态，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压的相反数。

在本公开的一些实施例中，在第二电源开关和第四电源开关导通，第一电源开关、第三电源开关和第五电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第四电源开关、第二电容器和第二电源开关组成导通回路，单相电源电路处于第六工作状态，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压二倍的相反数。

在本公开的一些实施例中，单相电源电路，被配置为在在处于第一工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第一工作状态切换到第二工作状态；在处于第二工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第二工作状态切换到第三工作状态；在处于第三工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第三工作状态切换到第四工作状态；在处于第四工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第四工作状态切换到第五工作状态；在处于第五工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第五工作状态切换到第六工作状态；在处于第六工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第六工作状态切换到第一工作状态，其中，所述开关管包括电感式辅助分压电路中的第一开关管和第二开关管、单相电源电路中的第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和第五电源开关。

根据本公开的另一方面，提供一种同相供电系统，包括如上述任一实施例所述的并网逆变器。

本公开提供了一种减少了开关数量的共接地逆变器，本公开逆变器具有升压特性，并且可以扩展到三相系统，同时保持逆变器的共接地特性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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为本公开并网逆变器一些实施例的示意图。

图2为本公开并网逆变器另一些实施例的示意图。

图3为本公开一些实施例中电感式辅助分压电路的示意图。

图4为本公开另一些实施例中电感式辅助分压电路的示意图。

图5为本公开一些实施例中开关控制时序图。

图6为本公开一些实施例中并网逆变器在第一工作状态的示意图。

图7为本公开一些实施例中并网逆变器在第二工作状态的示意图。

图8为本公开一些实施例中并网逆变器在第三工作状态的示意图。

图9为本公开一些实施例中并网逆变器在第四工作状态的示意图。

图10为本公开一些实施例中并网逆变器在第五工作状态的示意图。

图11为本公开一些实施例中并网逆变器在第六工作状态的示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

发明人通过研究发现：相关技术的TL逆变器只能够生成仅适用于单相电路配置的电平，而对于三相扩展，整体组件的数量却增加三倍，因此，需要更多的无源和有源元件，而逆变器可能会在可靠性和功率密度方面失去其适用性，此外，基于SC的TL逆变器存在较大的脉动输入电流波形，导致整个系统在高功率比下的性能下降。

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种并网逆变器和同相供电系统，下面通过具体实施例对本公开进行说明。

图1为本公开并网逆变器一些实施例的示意图。图2为本公开并网逆变器另一些实施例的示意图。如图1和图2所示，本公开并网逆变器可以包括电源电路和电感式辅助分压电路20，其中：

电源电路和电感式辅助分压电路20连接。

并网逆变器，被配置为对交流电源的输出电压进行升压。

如图1和图2所示，电源电路包括至少一个单相电源电路10，其中，每个单相电源电路10均与电感式辅助分压电路连接。

在本公开的一些实施例中，电源电路为单相电源电路或三相电源电路或两相电源电路或四相电源电路或五相电源电路等多相电源电路。

在本公开的一些实施例中，电源电路可以包括2个单相电源电路、3个单相电源电路、4个单相电源电路或更多个单相电源电路。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，在电源电路为单相电源电路的情况下，单相电源电路与电感式辅助分压电路连接。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，在电源电路为三相电源电路的情况下，电源电路包括三个单相电源电路，其中，每个单相电源电路均与电感式辅助分压电路连接。图2实施例的每个单相电源电路均与图1实施例中的单相电源电路相同或类似。

本公开上述实施例可以直接通过单个直流电源扩展为三相，从而解决了相关技术不能直接将单个直流电源扩展为三相的技术问题。本公开逆变器具有升压特性，并且可以扩展到三相系统，同时保持逆变器的共接地特性。

本公开上述实施例使用相同的SB单元(电感式辅助分压电路)来生成所需的输出电压升压直流链路。本公开上述实施例通过集成SB单元并通过所提议电路的其余部分(单相电源电路)的级联连接(并联连接)，可以实现所提议的TL逆变器的三相扩展，也较易识别。

图3为本公开一些实施例中电感式辅助分压电路的示意图。图4为本公开另一些实施例中电感式辅助分压电路的示意图。如图1-图4任一实施例所示，本公开电感式辅助分压电路包括直流输入电源V_in、第一开关管S_SB、第二开关管D_SB、第一电容器C1和第一电感Lm，其中：

第一开关管S_SB、第二开关管D_SB串联连接，组成开关管电路；直流输入电源V_in和第一电容器C1串联连接，组成分压电路；分压电路和开关管电路并联连接。

第一开关管S_SB和第二开关管D_SB的连接点为第一连接点1，直流输入电源V_in和第一电容器C1的连接点为第二连接点2，第一电感Lm设置在第一连接点1和第二连接点2之间；第一开关管和直流输入电源V_in通过接地点GND连接，第二开关管和第一电容器C1通过第三连接点3连接。

由于本公开上述实施例电感式辅助分压电路中包含电感器，因此本公开上述实施例并网逆变器具备输入电流波形不会出现大的脉动不连续波形的优点。

在本公开的一些实施例中，如图1-图4任一实施例所示，每个单相电源电路均通过第二连接点2、第三连接点3和接地点GND与电感式辅助分压电路20连接。

由此本公开上述实施例可以扩展到三相系统，同时保持逆变器的共接地特性。

在本公开的一些实施例中，电感式辅助分压电路的操作过程可以通过图3和图4来实现。电感式辅助分压同样是在基本单元的基础上进行的，基本单元如图1-图4所示，主要包括两个串联的、带有反并联二极管的开关管(即第一开关管S_SB和第二开关管D_SB)及与第一开关管S_SB和第二开关管D_SB并联连接的分压电路，分压电路包括串联连接的第一电容器C1和直流输入电源V_in，第一电感Lm为暂时储能电感Lm，连接在分压电路和开关管电路中间，从而阻止任何电容通过开关管或反并联二极管发生短路，各个基本单元的控制均相同且相互之间无影响。

在本公开的一些实施例中，如图1-图4任一实施例所示，电感式辅助均压电路中，直流输入电源V_in的能量储存在第一电感Lm中，然后第一电感Lm放电，向第一电容器C1充电，使第一电容器C1得到同样的电压。

在本公开的一些实施例中，为了实现分压的目标，辅助分压电路的开关规则应满足如下要求：

第1、一个基本分压单元中的两个串联开关管不能同时导通，两个开关必须互补，一个导通时，另一个必须关断。

在本公开的一些实施例中，如图1-图4任一实施例所示，第一开关管S_SB和第二开关管D_SB以预定时间间隔交替导通，在第一开关管和第二开关管中的一个开关管导通的情况下，另一个开关管关断。

第2、在一个开关周期中，对于基本分压单元，与直流输入电源V_in相并联的第一开关管S_SB先导通，从而更好的保证辅助分压电路在电感和电容之间充电电流及放电电流的流动。

为了简化分析，在一个平衡周期内做如下假设：1、开关频率足够高，电流的增加和减小都几乎为线性的。2、电容电压不可能被主电路影响，只与辅助均压电路有关。3、在一个开关周期内，开关导通的时间要小于开关关断的时间，从而确保电感电流放电完全。基于以上的假设，在一个开关周期内，电感分压电路可被分为三个阶段：

第一阶段，与直流输入电源V_in的第一开关管S_SB先导通，直流输入电源V_in放电至第一电感Lm中储存。

第二阶段，第一开关管S_SB关断，第二开关管D_SB导通，电压低的第一电容器C1进行充电，分压电感电流减小至零。

第三阶段，电感电流达到零之后，分压电路进入稳定状态。

在本公开的一些实施例中，如图3所示，在第一开关管S_SB导通、第二开关管D_SB关断的情况下，直流输入电源、第一开关管S_SB和第一电感Lm组成导通回路，对第一电感Lm进行充电。通过电感的电流i_Lm会不断增加。因此，输入直流源处的固定直流电压值V_dc和电感两端的瞬时电压V_Lm之间的关系可表示如公式(1)所示。

在本公开的一些实施例中，如图4所示，在第一开关管S_SB关断、第二开关管D_SB导通的情况下，第二开关管D_SB、第一电感Lm和第一电容器C1组成导通回路，第一电感Lm放电，为第一电容器C1充电。在这种情况下，i_Lm具有负斜率并且第一电容器C1按公式(2)方式充电：

公式(2)中，V_C1是C1的稳态电压。因此，考虑到图3和图4实施例中第一开关管S_SB和第二开关管D_SB具备相同的ON和OFF切换时间间隔，对第一电感Lm而言，第一电容器C1两端的电压等于直流输入电源的直流电压V_dc，V_C1＝V_dc

与相关技术的串并联SC电路类似，本公开上述实施例中的电感式辅助分压电路也具有升压特性，可以在电感式辅助分压电路的输出端提供两种不同的电压电平，其中一个与输入直流源的直接相关(V_dc)，而另一个是输入直流电源V_dc和C1电压的串联连接(V_dc+V_C1)，电感式辅助分压电路的输出端的电压为电感式辅助分压电路中第三连接点3到和接地点GND之间的电压。

由此本公开上述实施例的电感式辅助分压电路可以输出V_dc和2V_dc。

在本公开的一些实施例中，如图1和图2所示，每个单相电源电路包括第一电源开关S1、第二电源开关S2、第三电源开关S3、第四电源开关S4、第五电源开关Sb、电感型滤波器Lg、谐振电感器Lr、第二电容器C2和二极管D，其中：

第一电源开关S1、第三电源开关S3、电感型滤波器Lg和交流电源串联连接在第三连接点3和接地点GND之间。

第五电源开关Sb设置在第二连接点2和第四连接点之间，其中，第四连接点为第一电源开关S1和第三电源开关S3的连接点。

第二电源开关S2设置在第三连接点3和接地点GND之间。

第二电容器C2和第四电源开关S4串联连接后，与第三电源开关S3并联连接。

二极管D和谐振电感器Lr串联连接在第五连接点与接地点GND之间，其中，第五连接点为第二电容器C2和第四电源开关S4的连接点。

本公开的SBCG-TL(开关升压共接地-无变压器)逆变器拓扑及其相关功率开关实现的整体电路配置如图1和图2所示，该拓扑具有CG特性，电感型滤波器Lg这种L型滤波器在图1和图2中起到连接SBCG-TL逆变器到电网的连接作用，此时除了第五电源开关Sb之外的所有开关都是单向的，第五电源开关Sb为双向开关管，第五电源开关所在支路的电流有两个方向都需要控制开关。Lm和Lr分别表示电感式辅助分压电路单元的电感器和谐振电感器。与其他现有的基于CG的5L-TL逆变器类似，在本公开上述实施例的拓扑中使用了两个电容器C1和C2充当虚拟直流链路，其中，C2的作用是给转换器一个准软充电操作(QSC)，同时通过第一电容器C1和直流输入电源Vin充电，较易识别。

本公开上述实施例提出了一种新的减少开关数量的CG逆变器，需要七个电源开关、两个电容器、两个功率二极管和一个电感器，由此与相关技术的三相TL逆变器相比，元器件数量大大减少，因此本公开上述实施例在可靠性和功率密度方面更能保持其适用性。

图5为本公开一些实施例中开关控制时序图。第一开关管S_SB和第二开关管D_SB以预定时间间隔交替导通，在第一开关管S_SB和第二开关管D_SB中的一个开关管导通的情况下，另一个开关管关断。如图5所示，给出了第二开关管D_SB的开关状态示意图，其中，0表示第二开关管D_SB关断，1表示第二开关管D_SB导通。

在本公开的一些实施例中，单相电源电路，被配置为在处于第一工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第一工作状态切换到第二工作状态；在处于第二工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第二工作状态切换到第三工作状态；在处于第三工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第三工作状态切换到第四工作状态；在处于第四工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第四工作状态切换到第五工作状态；在处于第五工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第五工作状态切换到第六工作状态；在处于第六工作状态预定时间间隔后，通过控制开关管的导通和关断，将第六工作状态切换到第一工作状态，其中，所述开关管包括电感式辅助分压电路中的第一开关管和第二开关管、单相电源电路中的第一电源开关S1、第二电源开关S2、第三电源开关S3、第四电源开关S4和第五电源开关Sb。

本公开上述实施例的电感式辅助分压电路单元的开关(第一开关管S_SB和第二开关管D_SB)在每个开关频率下继续其导通/关断换向，而其余开关(第一电源开关S1、第二电源开关S2、第三电源开关S3、第四电源开关S4和第五电源开关Sb)可以在正弦PWM(SPWM)换向时进行调制。

在本公开的一些实施例中，如图5所示，t₀为初始时刻，为第一工作状态的开始时刻。t₁为第一工作状态向第二工作状态的切换时刻，t₁-t₀为预定时间间隔。

在本公开的一些实施例中，如图5所示，单相电源电路输出的不同电平电压的数量为5。由此本公开单相TL逆变器可以产生对应的每相5个输出电平电压(0、V_dc、2V_dc、-V_dc、-2V_dc)，其中，第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态、第四工作状态、第五工作状态和第六工作状态的输出电压分别是0、V_dc、2V_dc、0、-V_dc和-2V_dc。其中，第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态期间，为电网电压的正半周期工作期间；第四工作状态、第五工作状态和第六工作状态，为为电网电压的负半周期工作期间。

图6-图11分别为本公开一些实施例中并网逆变器在不同工作状态产生不同输出电压期间的不同电流流动路径的示意图。

图6为本公开一些实施例中并网逆变器在第一工作状态的示意图。如图6所示，在第二开关管、第二电源开关S2和第三电源开关S3导通，第一开关管、第一电源开关S1、第四电源开关S4和第五电源开关Sb关断的情况下，交流电源、电感型滤波器Lg、第二电源开关S2和第三电源开关S3组成导通回路，单相电源电路处于第一工作状态，电感型滤波器Lg、第二电源开关S2和第三电源开关S3两端的电压均为0，因此交流电源的输出电压为0。

图7为本公开一些实施例中并网逆变器在第二工作状态的示意图。如图7所示，在第一开关管、第五电源开关Sb和第三电源开关S3导通，第二开关管、第一电源开关S1、第四电源开关S4和第二电源开关S2关断的情况下，交流电源、电感型滤波器Lg、第三电源开关S3、第五电源开关Sb、输入直流电源、第一电感Lm和第一开关管组成导通回路，单相电源电路处于第二工作状态，电感型滤波器Lg、第三电源开关S3、第五电源开关Sb两端的电压均为0，因此交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压V_dc。与第一工作状态类似，由于即将到来的C2稳态电压，二极管D将被反向偏置，此时，C2再次将直流电源与电网断开连接。在这里，无论电网电流的方向如何，V_dc都可以通过电感式辅助分压电路单元的上述工作原理再次向C1充电。电感式分压电路单元在上下两部分得到相同的电压(C1得到V_dc)。

图8为本公开一些实施例中并网逆变器在第三工作状态的示意图。如图8所示，在第一电源开关S1和第三电源开关S3导通，第五电源开关Sb、第四电源开关S4和第二电源开关S2关断的情况下，交流电源、电感型滤波器Lg、第三电源开关S3、第一电源开关S1、输入直流电源、第一电容器C1、第二电容器C2、二极管D和谐振电感器Lr组成导通回路，单相电源电路处于第三工作状态，电感型滤波器Lg、第三电源开关S3、二极管D和谐振电感器Lr两端的电压均为0，由此交流电源的输出电压为第二电容器C2两端的电压，即交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压的二倍2V_dc。在第三工作状态，本公开TL逆变器输出电压为最大正电平2V_dc。

图9为本公开一些实施例中并网逆变器在第四工作状态的示意图。如图9所示，在第四电源开关S4和第五电源开关Sb导通，第一电源开关S1、第二电源开关S2和第三电源开关S3关断的情况下，交流电源、电感型滤波器Lg、第四电源开关S4、二极管D和谐振电感器Lr组成导通回路，单相电源电路处于第四工作状态，电感型滤波器Lg、第四电源开关S4、二极管D和谐振电感器Lr两端的电压均为0，由此交流电源的输出电压为0。

图10为本公开一些实施例中并网逆变器在第五工作状态的示意图。如图10所示，在第五电源开关Sb和第五电源开关Sb导通，第一电源开关S1、第三电源开关S3和第二电源开关S2关断的情况下，交流电源、电感型滤波器Lg、第四电源开关S4、第二电容器C2、第五电源开关Sb和输入直流电源组成导通回路，单相电源电路处于第五工作状态，电感型滤波器Lg、第四电源开关S4、第五电源开关Sb两端的电压均为0，由此交流电源的输出电压为第二电容器C2两端电压和输入直流电源的和确定，具体地，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压的相反数-V_dc。在图10中，输出电压的第一个负电平-V_dc由C2的充电电压-2V_dc和输入直流电源V_dc产生。

图11为本公开一些实施例中并网逆变器在第六工作状态的示意图。如图11所示，在第二电源开关S2和第四电源开关S4导通，第一电源开关S1、第三电源开关S3和第五电源开关Sb关断的情况下，交流电源、电感型滤波器Lg、第四电源开关S4、第二电容器C2和第二电源开关S2组成导通回路，单相电源电路处于第六工作状态，电感型滤波器Lg、第四电源开关S4和第二电源开关S2两端的电压均为0，由此交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压二倍的相反数-2V_dc。输出电压的最高负电平-2V_dc由Sb和S4的导通开关状态的电容C2产生。

单相电路配置如图1、图6-图11所示，包括七个电源开关(电感式辅助分压电路中有1个，即第一开关管S_SB，单相电源电路中有6个，即，第一电源开关S1、第二电源开关S2、第三电源开关S3、第四电源开关S4、第五电源开关Sb，其中，第五电源开关Sb包括两个开关电源)、两个电容器(第一电容器C1和第二电容器C2)、两个二极管(二极管D和第二开关管D_SB)和电感器(第一电感Lm、电感型滤波器Lg、谐振电感器Lr)。图1实施例的单相TL逆变器可以产生对应的每相5个输出电平电压(0、Vdc、2Vdc、-Vdc、-2Vdc)。而相关技术中同样的五电平只是开关管就需要24，因此相比较相关技术的三相TL逆变器的元器件数量大大减少，在可靠性和功率密度方面更能保持其适用性。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，与图1实施例相比，通过保持原有的电感式辅助分压电路单元，并扩展三个相同的基于CG的TL逆变器的并联连接，可以推导出具有每相固有CG特征的新型单源单级三相升压逆变器。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，每个单相电源电路分别于交流电源Grid的a相、b相和c相连接。其中，a相电源电路包括第一电源开关S1,a、第二电源开关S2,a、第三电源开关S3,a、第四电源开关S4,a、第五电源开关Sb,a、电感型滤波器Lg,a、谐振电感器Lr,a、第二电容器C2,a和二极管D,a；b相电源电路包括第一电源开关S1,b、第二电源开关S2,b、第三电源开关S3,b、第四电源开关S4,b、第五电源开关Sb,b、电感型滤波器Lg,b、谐振电感器Lr,b、第二电容器C2,b和二极管D,b；c相电源电路包括第一电源开关S1,c、第二电源开关S2,c、第三电源开关S3,c、第四电源开关S4,c、第五电源开关Sb,c、电感型滤波器Lg,c、谐振电感器Lr,c、第二电容器C2,c和二极管D,c。

在本公开的一些实施例中，单相电源电路输出的不同电平电压的数量为5；两相电源电路输出的不同电平电压的数量为9；三相电源电路输出的不同电平电压的数量为13。

在本公开的一些实施例中，两相TL逆变器仍然可以产生对应的每相5个输出电平电压(0、Vdc、2Vdc、-Vdc、-2Vdc)，而两相TL逆变器的整体输出电压电平的相间数量可以扩展到9个(-Vdc、-2Vdc、-3Vdc、-4Vdc、0、Vdc、2Vdc、3Vdc、4Vdc)。

图2实施例的该三相TL逆变器仍然可以产生对应的每相5个输出电平电压(0、Vdc、2Vdc、-Vdc、-2Vdc)，而该三相TL逆变器的整体输出电压电平的相间数量可以扩展到13个(-Vdc、-2Vdc、-3Vdc、-4Vdc、-5Vdc、-6Vdc、0、Vdc、2Vdc、3Vdc、4Vdc、5Vdc、6Vdc)。

从图2可以看出，该三相系统中的电源开关总数为19个(电感式辅助分压电路中有1个，即第一开关管S_SB，每个单相电源电路中有6个，共18个)，升压电感器有一个Lm、功率二极管四个(第二开关管D_SB、每相各有一个二极管D)和直流母线电容器四个(第一电容器C1、每个单相电源电路各有1个第二电容器C2)。相关技术中同样的五电平只是开关管就需要24，相比较相关技术的三相TL逆变器的元器件数量大大减少，在可靠性和功率密度方面更能保持其适用性。

本公开上述实施例的电感式辅助分压电路单元的开关在每个开关频率下继续其导通/关断换向，而其余开关必须在正弦PWM(SPWM)换向时进行调制。

由相关技术的基于CG的TL逆变器不能直接通过单个直流电源扩展为三相，而本公开的逆变器弥补了这一缺点；并且由于电感式辅助分压电路中包含电感器，因此本公开具备输入电流波形不会出现大的脉动不连续波形的优点。

在本公开上述实施例的拓扑中使用了两个电容器C1和C2充当虚拟直流链路，其中C2的作用是给转换器一个准软充电操作(QSC)，同时通过C1和V_in充电，较易识别，同时专利中的单相电路配置需要七个电源开关、两个电容器、两个功率二极管和一个电感器，使用相同的SB单元(电感式辅助分压电路)来生成所需的输出电压升压直流链路。本公开上述实施例通过集成SB单元并通过所提议电路的其余部分的级联连接(并联连接)，可以实现所提议的TL逆变器的三相扩展，也较易识别。

本公开上述实施例提出了一种新的减少开关数量的CG逆变器，该逆变器具有升压特性，并且可以扩展到三相系统，同时保持其CG特性。

本公开上述实施例提出了一种基于CG的TL逆变器的新拓扑，该拓扑具有每相产生五个输出电压电平的能力，可以在模块化设计和单功率处理阶段扩展到三相配置。

根据本公开的另一方面，提供一种同相供电系统，包括如上述任一实施例(例如图1-图4、图6-图11任一实施例)所述的并网逆变器。

本本公开上述实施例的三相－单相变换器的贯通式同相供电系统是一种新型的牵引供电系统，其通过可控电力电子器件实现三相/单相变换，实现牵引网的全线贯通，可彻底解决过分相问题。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指示相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种非瞬时性计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种并网逆变器，包括电源电路和电感式辅助分压电路，其中：

电源电路和电感式辅助分压电路连接；

并网逆变器，被配置为对交流电源的输出电压进行升压；

2.根据权利要求1所述的并网逆变器，其中，电源电路为单相电源电路或三相电源电路，其中：

在电源电路为三相电源电路的情况下，电源电路包括三个单相电源电路；

3.根据权利要求1所述的并网逆变器，其中，电感式辅助分压电路包括直流输入电源、第一开关管、第二开关管、第一电容器和第一电感，其中：

4.根据权利要求3所述的并网逆变器，其中：

每个单相电源电路均通过第二连接点、第三连接点和接地点与电感式辅助分压电路连接。

5.根据权利要求3所述的并网逆变器，其中，每个单相电源电路包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关、第五电源开关、电感型滤波器、谐振电感器、第二电容器和二极管，其中：

第二电源开关设置在第三连接点和接地点之间；

6.根据权利要求3-5中任一项所述的并网逆变器，其中：

在第一开关管导通、第二开关管关断的情况下，直流输入电源、第一开关管和第一电感组成导通回路，对第一电感进行充电；

在第一开关管关断、第二开关管导通的情况下，第二开关管、第一电感和第一电容器组成导通回路，第一电感放电，为第一电容器充电。

7.根据权利要求6所述的并网逆变器，其中：

第一开关管和第二开关管以预定时间间隔交替导通，在第一开关管和第二开关管中的一个开关管导通的情况下，另一个开关管关断；

第一电容器两端的电压等于直流输入电源的直流电压。

8.根据权利要求7所述的并网逆变器，其中：

在电源电路包括N个单相电源电路的情况下，电源电路输出的不同电平电压的数量为4N+1，其中，N为大于0的自然数。

9.根据权利要求8所述的并网逆变器，其中：

单相电源电路输出的不同电平电压的数量为5；

三相电源电路输出的不同电平电压的数量为13。

10.根据权利要求7所述的并网逆变器，其中：

在第二开关管、第二电源开关和第三电源开关导通，第一开关管、第一电源开关、第四电源开关和第五电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第二电源开关和第三电源开关组成导通回路，单相电源电路处于第一工作状态，交流电源的输出电压为0。

11.根据权利要求10所述的并网逆变器，其中：

在第一开关管、第五电源开关和第三电源开关导通，第二开关管、第一电源开关、第四电源开关和第二电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第三电源开关、第五电源开关、输入直流电源、第一电感和第一开关管组成导通回路，单相电源电路处于第二工作状态，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压。

12.根据权利要求11所述的并网逆变器，其中：

在第一电源开关和第三电源开关导通，第五电源开关、第四电源开关和第二电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第三电源开关、第一电源开关、输入直流电源、第一电容器、第二电容器、二极管和谐振电感器组成导通回路，单相电源电路处于第三工作状态，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压的二倍。

13.根据权利要求12所述的并网逆变器，其中：

在第四电源开关和第五电源开关导通，第一电源开关、第二电源开关和第三电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第四电源开关、二极管和谐振电感器组成导通回路，单相电源电路处于第四工作状态，交流电源的输出电压为0。

14.根据权利要求13所述的并网逆变器，其中：

在第五电源开关和第五电源开关导通，第一电源开关、第三电源开关和第二电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第四电源开关、第二电容器、第五电源开关和输入直流电源组成导通回路，单相电源电路处于第五工作状态，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压的相反数。

15.根据权利要求14所述的并网逆变器，其中：

在第二电源开关和第四电源开关导通，第一电源开关、第三电源开关和第五电源开关关断的情况下，交流电源、电感型滤波器、第四电源开关、第二电容器和第二电源开关组成导通回路，单相电源电路处于第六工作状态，交流电源的输出电压为直流输入电源的直流电压二倍的相反数。

16.根据权利要求15所述的并网逆变器，其中：

单相电源电路，被配置为在处于第一工作状态预定时间间隔后，通过控制第一开关管、第五电源开关和第三电源开关导通，控制第二开关管、第一电源开关、第四电源开关和第二电源开关关断，将第一工作状态切换到第二工作状态；在处于第二工作状态预定时间间隔后，通过控制第一电源开关和第三电源开关导通，控制第五电源开关、第四电源开关和第二电源开关关断，将第二工作状态切换到第三工作状态；在处于第三工作状态预定时间间隔后，通过控制第四电源开关和第五电源开关导通，控制第一电源开关、第二电源开关和第三电源开关关断，将第三工作状态切换到第四工作状态；在处于第四工作状态预定时间间隔后，通过控制第五电源开关和第五电源开关导通，控制第一电源开关、第三电源开关和第二电源开关关断，将第四工作状态切换到第五工作状态；在处于第五工作状态预定时间间隔后，通过控制第二电源开关和第四电源开关导通，控制第一电源开关、第三电源开关和第五电源开关关断，将第五工作状态切换到第六工作状态；在处于第六工作状态预定时间间隔后，通过控制第二开关管、第二电源开关和第三电源开关导通，控制第一开关管、第一电源开关、第四电源开关和第五电源开关关断，将第六工作状态切换到第一工作状态。

17.一种同相供电系统，包括如权利要求1-16中任一项所述的并网逆变器。