TWI566496B - 電力供應系統及電力變換裝置 - Google Patents

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Description

電力供應系統及電力變換裝置
本申請涉及電源管理技術領域，特別涉及一種電力變換裝置及包括該電力變換裝置的電力供應系統。
可再生能源具有儲量的無限性、存在的普遍性、開發利用的清潔性以及逐漸顯露出的經濟性等優勢。現在，利用可再生能源發電，例如光伏發電、風能發電、燃料電池發電等正向大批量生□和規模應用發展，已從最早作□小功率電源發展到現在作□公共電力的並網發電，其應用範圍也已遍及幾乎諸多用電領域。
隨著可再生能源發電的普及，並網連接的變換器也在不斷升級。以光伏發電系統□例，其中並網連接的變換器從最初的帶低頻隔離變壓器發展至帶高頻隔離變壓器，最終發展至無變壓器。
由於光伏板對地等效電容較大，所以考慮到系統回路漏電流的問題，輸入端如果□光伏輸入，則需要選擇低漏電流的電路拓撲或控制方式。因此衍生出來H4、H5、H6（四開關、五開關、六開關）等多種變換器電路拓撲，但這些變換器電路拓撲均只考慮了並網運行輸出埠與離網運行輸出埠電氣輸出一致的情況。對於並網運行與離網運行要求不一致的場合均不適用。
以光伏並網領域應用的低漏電流H6拓撲變換器□例，如圖1所示，在並網運行時，該變換器輸出埠提供的□單相雙線輸出，在離網運行時，也只能提供單相雙線輸出。顯而易見，其並無法適用於離網運行要求單相三線輸出的場景。現有技術中，其他類型的變換器電路拓撲同樣存在上述問題。
因此，一種針對上述問題的電力變換裝置是亟待提供的。
本公開的目的之一在於提供一種電力變換裝置及包括該電力變換裝置的電力供應系統，以滿足並網運行與離網運行輸出要求不一致的場景，從而至少在一定程度上克服由於相關技術的限制和缺陷而導致的一個或多個問題。
本公開的其他特性和優點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習得。
根據本公開的第一方面，提供一種電力變換裝置，用於對一供電模組輸出的電能進行變換。所述供電模組與第一、第二母線電容串聯。所述電力變換裝置包括一電能轉換模組及一切換開關模組。所述電能轉換模組用於將所述供電模組輸出的電能轉換□一第一類型輸出或一第二類型輸出。所述電能轉換模組包括一均壓半橋、一橋式變換電路以及一中線。所述均壓半橋橋臂中點與與所述第一、第二母線電容第一端連接，所述第一、第二母線電容第一端相連。所述橋式變換電路包括分別與所述第一、第二母線電容第一端連接的第一、第二輸入端，以及提供所述第一類型輸出的第一、第二輸出端；所述中線第一端與所述均壓半橋橋臂中點連接，所述中線第二端與所述橋式變換電路的第一、第二輸出端共同提供所述第二類型輸出。所述切換開關模組與所述電能轉換模組連接，用於控制所述電能轉換模組提供所述第一類型輸出或一第二類型輸出。
根據本公開的第二方面，提供一種電力供應系統。所述電力供應系統包括第一供電模組以及第二供電模組。所述第一供電模組及所述第二供電模組與一負載之間通過至少兩根線連接。所述第一供電模組包含上述的電力變換裝置、第一埠及第二埠。所述第一埠電性耦接至所述第二供電模組，所述負載通過一選擇開關選擇性與所述第一埠或所述第二埠電性耦接。其中，所述電力變換裝置經由輸出開關及並網開關電性耦接至所述第一埠。所述電力變換裝置經由所述輸出開關電性耦接至所述第二埠。其中，所述電力供應系統通過所述輸出開關、所述並網開關以及所述選擇開關之間的通斷配合，利用所述第一供電模組和/或所述第二供電模組對所述負載進行供電。
在本公開示例實施方式所提供的電力變換裝置及電力供應系統中，通過設置能夠將所述供電模組輸出的電能轉換□第一類型輸出及第二類型輸出的電能轉換模組以及與電能轉換模組連接的切換開關模組，實現了在並網運行時，提供第一類型輸出，在離網運行時，可以提供第二類型輸出，從而可以滿足並網運行與離網運行輸出要求不一致的場景。
現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解□限於在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本公開將全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。
本專利申請中所使用的“耦接”及“連接”，可指兩個或多個元件相互直接實體或電性接觸，或是相互間接實體或電性接觸。本專利申請中所使用的“第一”、“第二”、……等，並非特別指稱次序或順序，而僅□了區別以相同技術用語描述的元件或操作。本專利申請中所使用的“包括”、“包含”、“具有”等等，均□開放性的用語，即意指包含但不限於。本專利申請中所使用的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本專利申請。
此外，所描述的特徵、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本公開的技術方案而沒有所述特定細節中的一個或更多，或者可以採用其他的結構、部件、步驟、方法等。在其他情況下，不詳細示出或描述公知結構、部件或者操作以避免模糊本公開的各方面。
參考圖2中所示，□本示例性實施例中所提供的電力變換裝置的一種結構示意圖，其用於對一供電模組輸出的電能進行變換。該電力變換裝置包括電能轉換模組和切換開關模組。
本示例性實施例中，以所述供電模組□一直流可再生能源發電裝置□例進行說明，例如，光伏發電裝置或一燃料電池發電裝置等，本示例性實施例中對此不做特殊限定。所述供電模組與母線電容模組10串聯；本示例性實施例中，所述母線電容模組10可以包括相互串聯的第一母線電容C1和第二母線電容C2。電能轉換模組用於將供電模組輸出的電能轉換□一第一類型輸出或一第二類型輸出。與直流可再生能源發電裝置對應，該電能轉換模組□一直流—交流轉換器（DC/AC Converter）。本示例性實施例中，以所述第一類型輸出□單相雙線輸出，所述第二類型輸出□單相三線輸出□例進行說明，但在本公開的其他示例性實施例中，所述第一類型輸出與所述第二類型輸出也可能□其他類型。切換開關模組與電能轉換模組連接，用於控制電能轉換模組提供第一類型輸出或一第二類型輸出。
繼續參考圖2中所示，本示例性實施例中所述電能轉換模組可以包括一均壓半橋20、一橋式變換電路30以及一中線。在一具體實施例，該電能轉換模組還可以包括橋式輸出濾波電路40、繼電保護裝置50、相關開關元件以及控制單元等等。
具體而言，均壓半橋20的橋臂中點與第一母線電容C1的第一端及第二母線電容C2的第一端耦接，即與第一母線電容C1和第二母線電容C2的串聯節點耦接。均壓半橋20用於平衡第一母線電容C1和第二母線電容C2上的電壓。本示例性實施例中，均壓半橋20包括第一開關QB1以及第二開關QB2，第一開關QB1以及第二開關QB2可以□MOSFET開關、IGBT開關或者BJT開關，開關元件材質可以包括Si、SiC、GaN或其他的寬禁帶半導體材料等，本示例性實施例中對此不做特殊限定。
橋式變換電路30包括第一、第二輸入端以及第一、第二輸出端。橋式變換電路30的第一、第二輸入端分別與第一母線電容C1的第二端及第二母線電容C2的第二端連接，橋式變換電路30的第一、第二輸出端用於提供第一類型輸出（如，單相雙線輸出）。在此，橋式變換電路30可□半橋逆變電路或全橋逆變電路等。以全橋逆變電路□例，其可以□四開關全橋逆變電路（下稱H4拓撲）、五開關全橋逆變電路（下稱H5拓撲）、六開關全橋逆變電路（下稱H6拓撲）或七開關全橋逆變電路（下稱H7拓撲）等等。本示例性實施例中，H4拓撲、H5拓撲、H6拓撲、H7拓撲或其他拓撲中的開關可□MOSFET開關、IGBT開關或者BJT開關等組成，材質可以□Si、SiC、GaN或其他的寬禁帶半導體材料等，本示例性實施例中對此不做特殊限定。
中線的第一端與第一母線電容C1、第二母線電容C2的串聯節點連接，中線第二端與橋式變換電路30的第一、第二輸出端共同提供第二類型輸出（如，單相三線輸出）。本示例性實施例中，切換開關模組可以包括設於中線第一端和第二端之間的一受控開關S N。本示例性實施例中，受控開關S N可以□MOSFET開關、IGBT開關、BJT開關、可控矽或繼電器等雙向受控開關，本示例性實施例中對此不做特殊限定。
下面內容將結合H6拓撲對上述的電力變換裝置的工作原理及更多細節進行更加詳細的說明。
如圖3中所示，圖2中的橋式變換電路30包括第一開關元件Q1至第七開關元件Q7。第一開關元件Q1包括第一端、第二端以及控制端；其第一端與第一母線電容C1的第二端連接。第二開關元件Q2包括第一端、第二端以及控制端；其第一端與第一開關元件Q1的第一端連接。第三開關元件Q3包括第一端、第二端以及控制端；其第二端與第二母線電容C2的第二端連接。第四開關元件Q4包括第一端、第二端以及控制端；其第二端與第三開關元件Q3的第二端連接。第五開關元件Q5包括第一端、第二端以及控制端；其第一端與第一開關元件Q1的第二端以及第六開關元件Q6的第一端連接。第六開關元件Q6包括第一端、第二端以及控制端；其第一端與第一開關元件Q1的第二端連接以及第五開關元件Q5的第一端連接，其第二端與所述第三開關元件Q3的第一端耦接。此外，考慮到拓撲變形的需要，還可以加入一第七開關元件Q7，將圖3中的橋式變換電路從H6拓撲變□H7拓撲。第七開關元件Q7包括第一端、第二端以及控制端，其第一端與第五開關元件Q5的第二端連接；其第二端與第二開關元件Q2的第二端以及第四開關元件Q4的第一端耦接。第七開關元件Q7與第五開關元件Q5結合共同實現電氣隔離兩個橋臂的作用。在本公開的一種示例性實施例中，所述第七開關元件Q7可以包括MOSFET開關、IGBT開關、BJT開關或繼電器等能夠實現電氣隔離功能的開關，本示例性實施例中對此不做特殊限定。
如圖4中所示，在正常並網運行時，上述受控開關S N斷開且均壓半橋20上的開關元件第一開關QB1及第二開關QB2均不工作，第七開關元件Q7常通。橋式變換電路的逆變輸出經橋式輸出濾波電路40濾波處理後，通過繼電保護裝置50與電網連接。例如，橋式輸出濾波電路40包括電感L1、電容C ac1、電感L2和電容C ac2，其中，電感L1和電容C ac1構成LC濾波器，電感L2和電容C ac2構成LC濾波器。
在電網發生故障，可再生能源發電裝置離網運行時，關斷第五開關元件Q5及第七開關元件Q7，閉合受控開關S N，橋式變換電路變形□兩路串聯的半橋逆變器拓撲，下稱第一逆變器及第二逆變器。
第一逆變器如圖5所示，由第一母線電容C1、第二母線電容C2、第二開關元件Q2、第四開關元件Q4、第一輸出電感L1以及第一輸出電容C ac1組成。第一逆變器簡化之後的拓撲如圖6所示；假設均壓半橋20可以理想控制第一母線電容C1和第二母線電容C2均壓，第一逆變器繼續簡化後的拓撲如圖7中所示。第一逆變器的調變方式可以□傳統的半橋控制方式，參考調變波與載波交接後□生的波形輸出至第二開關元件Q2，第四開關元件Q4與第二開關元件Q2互補。
第二逆變器如圖8所示，由第一母線電容C1、第二母線電容C2、第一開關元件Q1、第三開關元件Q3、第六開關元件Q6、第二輸出電感L2以及第二輸出電容C ac2組成。以上述同樣的簡化方式後的拓撲如圖9中所示。第二逆變器的調變方式可以□傳統的半橋控制方式，參考調變波與載波交接後□生的波形輸出至第一開關元件Q1，第三開關元件Q3與第一開關元件Q1互補；第六開關元件Q6常通。
第一逆變器和第二逆變器的兩路逆變輸出電壓同時工作時，等效電路圖如圖10中所示。AN相輸出電壓與BN相輸出電壓調變波保證180°相位差值，兩相逆變輸出電壓串聯後的電壓幅值□其兩倍，頻率一致。
此外，考慮到逆變器離網輸出時兩路帶載不平衡時第一母線電容C1和第二母線電容C2電壓會不平衡，藉由均壓半橋20控制第一母線電容C1和第二母線電容C2均壓。均壓半橋20簡化後的拓撲如圖11中所示，忽略均壓半橋20的中點電流擾動（逆變器自立輸出兩路電流差），建立均壓半橋20數學模型，分別寫出第一開關QB1導通的回路方程式、第一開關管QB1關斷的回路方程式，推導出第一母線電容C1和第二母線電容C2壓差 與第一開關管QB1驅動工作週期 的關係如公式（1）所示，其中Cs□第一母線電容C1（第二母線電容C2）的容值，Ls□圖11中電感的感值，r□電感等效電阻， □供電模組提供的電壓值， □第二母線電容C2的電壓。 公式（1）
忽略第二母線電容C2電壓的擾動，則有： 公式（2）
根據公式（2）可得如圖12中所示的PI（比例積分）控制方塊圖，其中延時迴路包括採樣延時與控制延時。當中點電流擾動很大時，依靠PI控制迴路無法良好的抑制中點電壓平衡，要達到快速抑制擾動，滿足再次第一母線電容C1、第二母線電容C2連接點電壓平衡，中點電流擾動較大時會引起第二母線電容C2電壓的極大波動。本示例性實施例中示例性的提供兩種解決方案：其一□引入均壓半橋20電感電流採樣的內迴路控制；其二□引入第二母線電容C2電壓的前饋，具體分別如圖13以及圖14中所示，其均可以對擾動有極強的抑制效果。
均壓控制線路僅僅□了滿足帶載不平衡時第一母線電容C1和第二母線電容C2電壓不平衡的抑制，所以在帶載對稱且均□較輕載時均壓半橋20可以不工作，在帶載很不對稱或帶重載時均壓半橋20採用間歇（Burst）控制模式使得均壓半橋20在壓差較大時抑制壓差，在壓差較小時關斷第一開關QB1和第二開關QB2以降低損耗。
直流母線電壓控制值根據逆變器輸出電壓峰值電壓的k倍取值，k通常可以取1.05倍至1.35倍，假設第一母線電容C1、第二母線電容C2均壓，第一母線電容C1和第二母線電容C2的電壓值分別□直流母線電壓控制值的一半。則有： <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0004"><TBODY><tr><td width="199" height="19"></td></tr><tr><td></td><td><img wi="245" he="83" file="02_image013.jpg" img-format="jpg"></img></td></tr></TBODY></TABLE>公式（3）
其中V rms□逆變輸出線電壓的有效值，k□考慮逆變橋臂壓降及動態邊限(margin)設置的係數。V bus_up□第一母線電容C1電壓，V bus_dw□第二母線電容C2電壓。
考慮輸出電壓對均壓半橋20的擾動□正弦信號，所以預留逆變橋臂輸出電壓的0.4%~10%給均壓半橋20調節用。以第一母線電容C1電壓□例，半母線電壓最小值需要滿足以下條件：
所以假設：
舉例說明逆變器橋臂輸出電壓□200V，其峰值□200V×1.414，則按照上述方法直流母線電壓的設計工作範圍□297V~382V（200V×1.414×[1.05，1.35]），假設母線電壓取330V，則預留電壓差值 可以取33V（330V-297V），當實際壓差小於16.5V時則均壓半橋20不動作，當實際壓差大於等於16.5V時均壓半橋20動作。
雖然在上述示例性實施例中，是以H6拓撲□例進行說明，但本公開的其他示例性實施例中，橋式變換電路30也可以是H4拓撲、H5拓撲等電路拓撲。例如：
參考圖15中所示，橋式變換電路30□傳統的H4拓撲，並網運行時，斷開受控開關S N，其控制方法可以□單極性，也可以□雙極性，從而正常輸出單相雙線電壓源。離網運行時，閉合受控開關S N，即可形成兩路獨立的電壓源半橋逆變輸出電路拓撲，在輸出側串聯，同樣確保電壓u AN=u BN即可在離網時輸出單相三線電壓源。
參考圖16中所示，橋式變換電路30□一低漏電流H5拓撲，結合在本示例性實施例中的電力轉換裝置中後也可以實現並網運行時輸出單相雙線電壓源、離網運行時輸出單相三線電壓源輸出。例如，並網運行時受控開關SN斷開，第五開關元件Q5按照單相電流源調變法運行；離網運行時受控開關S N閉合，第五開關元件Q5常通。
上述電力轉換裝置中的橋式輸出濾波電路、繼電保護裝置、相關開關元件以及控制單元可以參考相關現有技術，例如可以包括第一輸出電容C ac1、第二輸出電容C ac2、第一輸出電感L1、第二輸出電感L2、預載開關Spreload、繼電器開關元件S1、繼電器開關元件S2、繼電器開關元件S3、電阻R、電阻R1、電阻R2以及雙向閘流體SCR等等。本示例實施方式中對此將不做詳細描述。
本示例實施方式中還提供了一種電力供應系統。參考圖17中所示，該電力供應系統包括第一供電模組（例如電網）以及第二供電模組（例如光伏發電裝置或燃料電池發電裝置），第一供電模組及第二供電模組與一負載之間通過至少兩根線連接。其中，第一供電模組包含上述示例性實施例中的任意一種電力變換裝置，還包括第一埠0及第二埠1，第一埠0電性耦接至第二供電模組，負載通過一選擇開關選擇性與第一埠0或第二埠1電性耦接。其中，電力變換裝置經由輸出開關S10及並網開關S11、S12電性耦接至第一埠0，電力變換裝置經由輸出開關S10電性耦接至第二埠1。電力供應系統通過輸出開關S10、並網開關S11、S12以及選擇開關之間的通斷配合，利用第一供電模組和/或第二供電模組對負載進行供電。舉例而言，當第一供電模組與第二供電模組均正常工作時，選擇開關與第一埠0或第二埠1電性耦接，輸出開關S10以及並網開關S11、S12均閉合，第一供電模組以及第二供電模組同時對負載供電。當第二供電模組故障時，選擇開關與第二埠1電性耦接，輸出開關S10閉合，並網開關S11、S12斷開，第一供電模組單獨對負載供電。當第二供電模組正常工作時，選擇開關與第一埠0電性耦接，輸出開關S10斷開，並網開關S11、S12斷開，第二供電模組單獨對負載供電。或者，當第二供電模組正常工作時，選擇開關與第二埠1電性耦接，輸出開關S10斷開，並網開關S11、S12閉合，第二供電模組單獨對負載供電等等。
繼續參考圖17中所示，電力轉換裝置應用於其中的PCS（能量轉換模組）轉換器部分，圖示中的BAT（直流電池）輸入埠可以直接接入逆變器輸入埠，也可以通過變換器接入逆變輸入母線埠。通過圖示中的配線方案，用戶的原有配電方案不受到任何影響，既可以實現並網運行時單相雙線與電網交互能量供給，離網時PCS轉換器提供用戶與原配電方案電網供電輸出一致的單相三線電壓源輸出。主要優點是用戶原有的配電結構不需要做調整。
以家庭應用□例（圖示□單相三線系統，其他系統類似），圖中所示的家庭配電連接方式，電網經過入戶電錶後，接電力公司的容量限定斷路器K1，再經過家中的漏電保護斷路器K2，最終接家中的用電負荷。需要說明的是，電力公司的容量限定斷路器K1並不總是接在用戶室內，亦有可能接於室外，這兩種接線方式，對用戶室內接線而言，沒有本質不同，均只需接三根功率線（L1，L2，N）入室內，不涉及室內配電連接系統的構造性變更。□了提高用戶的供電可靠性和供電質量，提高用戶電能使用的經濟效益，以及節能環保，將另一路獨立電源（PCS），通過圖17的配電接線方式接入家庭用戶，完全無需對家庭內部原有配電連接系統做構造性的變更，即，只將虛線框內的部分插入在電力公司的容量限定斷路器K1和漏電保護斷路器K2之間，而室內部分無需變更，仍然只是三根進線入戶（本實施例中□單相三線系統，其他系統類似），非常易於對既有家庭供電進行配電系統升級。當然，由於另一路獨立電源（PCS）的接入，電網側的能量可以雙向流動，因此，計量電錶需改□雙向計費電錶，如圖17所示的第一計量電錶Meter1和第二計量電錶Meter2，並且第一計量電錶Meter1和第二計量電錶Meter2的計量方向相反。當電網正常時系統並網運行，當電網故障時系統離網運行；離網運行期間，電網若恢復正常則無縫切換至並網運行模式。
綜上所述，本專利申請示例實施例中所提供的電力轉換裝置兼具並網運行及離網運行功能，且在離網運行時可以提供單相三線輸出。針對並網運行與離網運行要求不一致的場合，本專利申請示例實施例中設計改造已有低漏電流H4、H5、H6拓撲及類似逆變電路，滿足在並網運行時將逆變輸入端的可再生能源能源輸入功率轉換至變換器輸出埠，並網至單相線電壓；離網運行時通過增加的少量部件實現單相三線電壓源輸出。
本公開已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅□實施本公開的範例。必需指出的是，已揭露的實施例並未限制本公開的範圍。相反地，在不脫離本公開的精神和範圍內所作的更動與潤飾，均屬本公開的專利保護範圍。
10：母線電容模組 C1：第一母線電容 C2：第二母線電容 20：均壓半橋 30：橋式變換電路 40：橋式輸出濾波電路 50：繼電保護裝置 QB1：第一開關 QB2：第二開關 S N：受控開關 Q1：第一開關元件 Q2：第二開關元件 Q3：第三開關元件 Q4：第四開關元件 Q5：第五開關元件 Q6：第六開關元件 Q7：第七開關元件 L1、L2：電感 C ac1、C ac2：電容 Spreload：預載開關 S1、S2、S3：繼電器開關元件 R、R1、R2：電阻 SCR：雙向閘流體 0：第一埠 1：第二埠 S10：輸出開關 S11、S12：並網開關 BAT：直流電池輸入埠 Meter1：第一計量電錶 Meter2：第二計量電錶 u c2：第二母線電容的電壓 Cs：第一母線電容的容值 Ls：電感的感值 r：電感等效電阻 V bus：母線電壓 K1：容量限定斷路器 K2：漏電保護斷路器
通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本公開的上述和其他特徵及優點將變得更加明顯：        圖1是現有技術中一種H6拓撲的電力變換裝置的電路示意圖；        圖2是本公開示例性實施例中一種電力變換裝置的電路示意圖；        圖3是本公開示例性實施例中另一種電力變換裝置的電路示意圖；        圖4是圖3中電力變換裝置在並網運行時的電路示意圖；        圖5是圖3中電力變換裝置在離網運行時第一逆變器的工作回路示意圖           圖6是圖5中第一逆變器的工作回路簡化後的電路示意圖；        圖7是忽略均壓半橋繼續簡化後第一逆變器的工作回路示意圖；        圖8是圖3中電力變換裝置在離網運行時第二逆變器的工作回路示意圖；        圖9是圖8中第二逆變器的工作回路簡化後的電路示意圖；        圖10是電力變換裝置在離網運行時第一逆變器和第二逆變器的逆變輸出電壓串聯的簡化電路示意圖；        圖11是圖3中均壓半橋簡化後的電路示意圖；        圖12是均壓半橋橋臂中點電位平衡的控制方塊圖；        圖13是加入均壓半橋電感電流的採樣電流內環控制的均壓半橋橋臂中點電位平衡的控制方塊圖；        圖14是加入第二母線電容電流前饋電壓外環控制的均壓半橋橋臂中點電位平衡的控制方塊圖；        圖15是本公開示例性實施例中再一種電力變換裝置的電路示意圖；        圖16是本公開示例性實施例中又一種電力變換裝置的電路示意圖；以及        圖17是本公開示例性實施例中一種電力供應系統的電路示意圖。
V bus：母線電壓 10：母線電容模組 C1：第一母線電容 C2：第二母線電容 20：均壓半橋 30：橋式變換電路 40：橋式輸出濾波電路 50：繼電保護裝置 QB1：第一開關 QB2：第二開關 S N：受控開關 L1、L2：電感 C ac1、C ac2：電容 Spreload：預載開關 S1、S2、S3：繼電器開關元件 R、R1、R2：電阻 SCR：雙向閘流體

Claims (22)

  1. 一種電力變換裝置，用於對一供電模組輸出的電能進行變換，所述供電模組與第一、第二母線電容串聯，其中所述電力變換裝置包括： 一電能轉換模組，用於將所述供電模組輸出的電能轉換□一第一類型輸出或一第二類型輸出，所述電能轉換模組包括： 一均壓半橋，所述均壓半橋的橋臂中點與所述第一、第二母線電容的第一端連接，所述第一、第二母線 電容的第一端相連； 一橋式變換電路，包括分別與所述第一、第二母線 電容的第二端連接的第一、第二輸入端，以及提供所述第一類型輸出的第一、第二輸出端；以及 一中線，所述中線的第一端與所述均壓半橋的橋臂中點連接，所述中線的第二端與所述橋式變換電路的第一、第二輸出端共同提供所述第二類型輸出；以及 一切換開關模組，與所述電能轉換模組連接，用於控制所述電能轉換模組提供所述第一類型輸出或所述第二類型輸出。
  2. 根據請求項1所述的電力變換裝置，其中所述供電模組□一直流發電裝置，所述電能轉換模組□一直流—交流轉換器。
  3. 根據請求項2所述的電力變換裝置，其中所述直流發電裝置□一光伏發電裝置或一燃料電池發電裝置。
  4. 根據請求項1所述的電力變換裝置，其中所述第一類型輸出□單相雙線輸出，所述第二類型輸出□單相三線輸出。
  5. 根據請求項1所述的電力變換裝置，其中所述切換開關模組包括一設於所述中線的第一端和第二端之間的一受控開關。
  6. 根據請求項1所述的電力變換裝置，其中所述橋式變換電路包括一半橋逆變電路或一全橋逆變電路。
  7. 根據請求項6所述的電力變換裝置，其中所述全橋逆變電路□四開關全橋逆變電路、五開關全橋逆變電路、六開關全橋逆變電路或七開關全橋逆變電路。
  8. 根據請求項6所述的電力變換裝置，其中所述橋式變換電路中開關元件□MOSFET開關、IGBT開關或者BJT開關，開關元件的材質□Si、SiC或GaN。
  9. 根據請求項7所述的電力變換裝置，其中所述全橋逆變電路包括： 一第一開關元件，包括第一端、第二端以及控制端，所述第一開關元件的第一端與所述第一母線電容的第二端連接； 一第二開關元件，包括第一端、第二端以及控制端，所述第二開關元件的第一端與所述第一開關元件的第一端連接； 一第三開關元件，包括第一端、第二端以及控制端，所述第三開關元件的第二端與所述第二母線電容的第二端連接； 一第四開關元件，包括第一端、第二端以及控制端，所述第四開關元件的第二端與所述第三開關元件的第二端連接； 一第五開關元件，包括第一端、第二端以及控制端，所述第五開關元件的第一端與所述第一開關元件的第二端連接； 一第六開關元件，包括第一端、第二端以及控制端，所述第六開關元件的第一端與所述第一開關元件的第二端以及所述第五開關元件的第一端連接，所述第六開關元件的第二端與所述第三開關元件的第一端耦接；以及 一第七開關元件，包括第一端、第二端以及控制端，所述第七開關元件的第一端與所述第五開關元件的第二端連接，所述第七開關元件的第二端與所述第二開關元件的第二端以及第四開關元件的第一端連接。
  10. 根據請求項9所述的電力變換裝置，其中所述第七開關元件□MOSFET開關、IGBT開關、BJT開關或繼電器開關。
  11. 根據請求項1所述的電力變換裝置，其中所述切換開關模組包括MOSFET開關管、IGBT開關、BJT開關、可控矽或繼電器開關。
  12. 根據請求項1所述的電力變換裝置，其中所述均壓半橋中開關元件□MOSFET開關、IGBT開關或者BJT開關，開關元件的材質□Si、SiC或GaN。
  13. 根據請求項1所述的電力變換裝置，其中所述均壓半橋的控制方式□PI迴路控制；所述PI迴路控制中還引入有： 所述均壓半橋電感電流的採樣電流的內迴路控制；或者， 所述第二母線電容電流前饋電壓的外迴路控制。
  14. 根據請求項13所述的電力變換裝置，其中在所述第一母線電容和第二母線電容電壓的壓差不小於一預設壓差時，□動所述均壓半橋；以及在所述第一母線電容和第二母線電容電壓的壓差小於所述預設壓差時，截止所述均壓半橋。
  15. 根據請求項1所述的電力變換裝置，其中所述電力變換裝置還包括： 一橋式輸出濾波器，用於對所述第一類型輸出及所述第二類型輸出進行濾波處理。
  16. 一種電力供應系統，包括一第一供電模組以及一第二供電模組，所述第一供電模組及所述第二供電模組與一負載之間通過至少兩根線連接，其中： 所述第一供電模組包含如請求項1所述的一電力變換裝置、一第一埠及一第二埠，所述第一埠電性耦接至所述第二供電模組，所述負載通過一選擇開關選擇性與所述第一埠或所述第二埠電性耦接； 其中，所述電力變換裝置經由輸出開關及並網開關電性耦接至所述第一埠，所述電力變換裝置經由所述輸出開關電性耦接至所述第二埠； 其中，所述電力供應系統通過所述輸出開關、所述並網開關以及所述選擇開關之間的通斷配合，利用所述第一供電模組和/或所述第二供電模組對所述負載進行供電。
  17. 根據請求項16所述的電力供應系統，其中當所述第一供電模組與所述第二供電模組均正常工作時，所述選擇開關與所述第一埠或所述第二埠電性耦接，所述輸出開關以及所述並網開關均閉合，所述第一供電模組以及所述第二供電模組同時對所述負載供電。
  18. 根據請求項17所述的電力供應系統，其中所述第二供電模組包括依次串聯連接的一第一計量電錶、一第二計量電錶和一容量限定斷路器，所述第一計量電錶和所述第二計量電錶的計量方向相反，所述第一供電模組與所述第二供電模組之間可雙向傳遞能量。
  19. 根據請求項16所述的電力供應系統，其中當所述第二供電模組故障時，所述選擇開關與所述第二埠電性耦接，所述輸出開關閉合，所述並網開關斷開，所述第一供電模組單獨對所述負載供電。
  20. 根據請求項16所述的電力供應系統，其中當所述第二供電模組正常工作時，所述選擇開關與所述第一埠電性耦接，所述輸出開關斷開，所述並網開關斷開，所述第二供電模組單獨對所述負載供電。
  21. 根據請求項16所述的電力供應系統，其中當所述第二供電模組正常工作時，所述選擇開關與所述第二埠電性耦接，所述輸出開關斷開，所述並網開關閉合，所述第二供電模組單獨對所述負載供電。
  22. 根據請求項16所述的電力供應系統，其中所述電力變換裝置的輸入端電性耦接至光伏發電裝置或燃料電池發電裝置。
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