CN105048854A - 三相非隔离并网变换器及空调*** - Google Patents

Abstract

公开了一种三相非隔离并网变换器和一种空调***。该三相非隔离并网变换器具有直流端和第一至第三交流端，包括：第一和第二电容，该第一和第二电容串联连接在该直流端和地之间；第一至第三电感，该第一至第三电感的第一端分别连接至该第一至第三交流端，第二端分别连接至第一至第三中间节点，其中第三节点是该第一和第二电容的中间节点；以及第一和第二开关，该第一和第二开关的第一端分别连接至第一和第二节点，第二端连接至该直流端，第三端连接至该地，第四端连接至该第三节点，其中，该第一和第二开关选择性地将第一端连接至第二至第四端之一。该空调***选择性地采用来自电网、太阳能和蓄电池的电能为空调的压缩机供电。

Description

三相非隔离并网变换器及空调***

技术领域

本发明涉及电源电路，更具体地，涉及三相非隔离并网变换器及空调***。

背景技术

太阳能作为一种重要的可再生能源，其资源丰富清洁，是人类可持续发展能源战略中的一个重要组成部分。在当今以环保为大前提背景下，如何将太阳能等可再生能源加以利用，将其转化为电能或者热能，是目前空调领域比较热门的研究之一。目前，制约其发展的除了提高光电转换效率外，发展高效的变换器结构和电能利用架构是可行的突破口。

光伏空调***利用光伏电池提供空调所需的一部分或全部电能。进一步地，光伏空调***还可以进一步并网供电，其中采用隔离变压器实现光伏电池向电网的电能传递。尽管并网工作的光伏空调***是实现光伏电池的有效能量利用的优选方案，但现有的***存在成本高、重量重、体积大、转换效率低等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供三相非隔离并网变换器及空调***，以解决现有技术中采用隔离变压器导致***成本高和转换效率低的问题。

根据本发明的一方面，提供一种三相非隔离并网变换器，所述变换器具有直流端和第一至第三交流端，包括：第一和第二电容，所述第一和第二电容串联连接在所述直流端和地之间；第一至第三电感，所述第一至第三电感的第一端分别连接至所述第一至第三交流端，第二端分别连接至第一至第三中间节点，其中第三节点是所述第一和第二电容的中间节点；以及第一和第二开关，所述第一和第二开关的第一端分别连接至第一和第二节点，第二端连接至所述直流端，第三端连接至所述地，第四端连接至所述第三节点，其中，所述第一和第二开关选择性地将第一端连接至第二至第四端之一。

优选地，所述第一开关包括：第一桥臂，包括依次串联连接在所述直流端和所述地之间的第一至第四开关管，其中第一和第二开关管组成上桥臂，第三和第四开关管组成下桥臂；第一和第二二极管，所述第一和第二二极管串联连接，并且所述第一二极管的阴极连接至所述第一开关管和所述第二开关管的中间节点，所述第二二极管的阳极连接至所述第三开关管和所述第四开关管的中间节点之间，所述第一和第二二极管的中间节点连接至所述第三节点，所述第二开关包括：第二桥臂，包括依次串联连接在所述直流端和所述地之间的第五至第八开关管，其中第五和第六开关管组成上桥臂，第七和第八开关管组成下桥臂；第三和第四二极管，所述第三和第四二极管串联连接，并且所述第三二极管的阴极连接至所述第五开关管和所述第六开关管的中间节点，所述第四二极管的阳极连接至所述第七开关管和所述第八开关管的中间节点之间，所述第三和第四二极管的中间节点连接至所述第三节点。

优选地，所述第一开关和所述第二开关在工作状态分别处于以下三种电平状态之一：第一电平状态，其中所述上桥臂的开关管导通，且所述下桥臂的开关管断开；第二电平状态，其中所述上桥臂的开关管断开，且所述下桥臂的开关管导通；以及第三电平状态，其中所述上桥臂和所述下桥臂相邻的开关管导通，其余开关管断开。

优选地，所述变换器工作于多个工作模式，在不同的工作模式中，所述第一开关和所述第二开关的电平状态的组合不同。

优选地，所述变换器在整流模式中采用电网的电能提供直流母线电压，在逆变模式中采用所述直流母线电压为所述电网回馈电能。

根据本发明的另一方面，提供一种空调***，包括：空调的压缩机，采用直流母线电压供电，光伏供电装置，将太阳能转换成电能，以提供所述直流母线电压；蓄电池充放电装置，在放电模式中采用蓄电池的电能提供所述直流母线电压，在充电模式中采用所述直流母线电压为所述蓄电池充电；以及上述的变换器，所述压缩机、所述光伏供电装置、所述蓄电池充放电装置和所述变换器连接至公共的直流供电端，并且在所述直流供电端提供所述直流母线电压，所述空调***选择性地采用来自电网、太阳能和蓄电池的电能为空调的压缩机供电。

优选地，所述空调***执行以下的电能流动过程之一：当电网正常，且光线不足，利用太阳能与电网混合为所述压缩机及所述蓄电池供电；当电网正常，且光线充足或轻载运行，利用太阳能为所述压缩机供电以及向所述蓄电池充电并回馈电网；当电网出现异常，且光线不足，利用所述蓄电池和太阳能联合为所述压缩机供电，或者控制所述压缩机停止工作；以及当电网出现异常，且光线充足或轻载运行，利用太阳能为所述压缩机供电以及为所述蓄电池充电，同时保持所述直流母线电压的稳定。

优选地，所述光伏供电装置包括分布式的多个支路，每个支路包括：光伏电池组件，从太阳能产生第一直流电压；以及开关直流升压电路，将第一直流电压升高至第二直流电压，并进行太阳能最大功率点跟踪，作为所述直流母线电压，其中，所述多个支路的输出端共同连接至所述直流供电端。

优选地，所述多个支路的光伏电池组件分布在建筑的不同位置。

优选地，所述蓄电池充放电装置具有连接至蓄电池输出端的第一直流端和连接至所述直流供电端的第二直流端，在放电模式中实现电流从第一直流端向第二直流端的流动，以及将蓄电池的输出电压升高至所述直流母线电压，在充电模式中实现电流从第二直流端向第一直流端的流动，以及将所述直流母线电压降低至蓄电池的充电电压。

优选地，所述蓄电池充放电装置包括：电感，其第一端连接至所述第一直流端；第一和第二开关管，串联连接在电感的第二端和地之间；第三和第四开关管，串联连接在电感的第二端和所述第二直流端之间；第一电容，连接在所述第一直流端和地之间；以及第二电容，连接在所述第三和第四开关管的中间节点和所述第一和第二开关管的中间节点之间。

优选地，所述第一开关管和所述第二开关管交错导通且驱动信号相差180°相角，所述第三开关管和所述第四开关管交错导通且驱动信号相差180°相角，同时，所述第一开关管和所述第四开关互补导通，所述第二开关管和所述第三开关管互补导通。

优选地，通过改变所述第一至第四开关管驱动信号的占空比，改变电感的电流方向，使得所述蓄电池充放电装置工作于放电模式和充电模式之一。

根据本发明的实施例的三相非隔离并网变换器未包含变压器，具有效率高、体积小、重量轻和成本低等优势。由于变换器采用三电平变换器拓扑，从而在逆变模式中，可以减少由无隔离变压器带来的漏电流以及由此产生的进网直流分量，从而可以提高并网供电的电流质量，在整流模式中可以降低交流谐波电压、电流，提高功率因数以及提高了变换器的动态响应。进一步地，变换器中的开关管的承受电压仅为直流母线电压的二分之一，从而可以减小开关管的电压应力，可以提高整个变换器的耐压等级。

根据本发明的实施例的空调***包含光伏供电装置和蓄电池充放电装置。所述空调***选择性地采用来自电网、太阳能和蓄电池的电能为空调的压缩机供电。由于蓄电池充放电装置的使用，该空调***可以实现可调度不间断供电，提高变换器的动态响应，以及拓展功率等级，大大提升了***容量。

在优选的实施例中，所述光伏供电装置包括分布式的多个支路。可以适应当今光伏***与建筑有机结合的各种安装方式，亦可最大限度的利用太阳能，克服支路间的功率失配所导致的***效率降低的缺点，同时最大限度的减少***受单支路故障的影响，提高了***的稳定性和灵活性。

在优选的实施例中，所述空调***根据***电能协调控制策略执行不同的电能流动过程，从而可以采用高效双模控制算法实现最大功率点跟踪。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据现有技术的光伏空调***的拓扑结构图。

图2示出根据本发明的实施例的光伏空调***的示意性电路图。

图3示出蓄电池充放电装置中的开关管控制信号的时序图。

图4示出根据发明的实施例的双向变换器的等效电路图。

图5a至5i示出根据发明的实施例的双向变换器的各种工作模式的示意图。

图6示出非隔离型变换器结构的共模电流通路示意图。

具体实施方式

在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1示出根据现有技术的光伏空调***的拓扑结构图。该光伏空调***包括空调的压缩机PMSM、智能功率模块IPM1和IPM2、光伏电池组件Upv、隔离变压器T，以及由电容C1、电感L1、二极管D1和开关管S1组成的开关直流升压电路101。

光伏电池组件Upv包括串联或并联连接的多个光伏电池。当其中一块电池组件被遮挡或损坏时，整个光伏***都会受到影响，从而降低光伏***的发电量。光伏电池组件Upv产生的电能经开关直流升压电路101升压之后，提供至智能功率模块IPM1和IPM2。

智能功率模块IPM1和IPM2分别包括集成在一起的驱动电路和功率开关元件(例如绝缘栅双极型晶体管IGBT)。在该***中智能功率模块IPM1和IPM2用作变换器，将光伏电池组件Upv的直流电压转换成三相交流电。智能功率模块IPM1产生的交流电用于驱动空调的压缩机PMSM。智能功率模块IPM2产生的交流电提供至隔离变压器T，用于并网供电。

图2示出根据本发明的实施例的光伏空调***的示意性电路图。该光伏空调***包括用于空调的压缩机PMSM、智能功率模块IPM、蓄电池组Ubat、光伏供电装置201、双向变换器202和蓄电池充放电装置203。

蓄电池组Ubat、光伏供电装置201、双向变换器202和蓄电池充放电装置203具有公共的节点X，提供直流母线电压。

光伏供电装置201将太阳能产生的电能以直流电压的形式提供至智能功率模块IPM、双向变换器202和蓄电池充放电装置203中的至少一个。

智能功率模块IPM包括集成在一起的驱动电路和功率开关元件(例如绝缘栅双极型晶体管IGBT)。在该***中，智能功率模块IPM用作变换器，将光伏电池组件的直流电压转换成三相交流电。智能功率模块IPM产生的交流电用于驱动空调的压缩机PMSM。

光伏供电装置201采用分布式的多支路配置方式。如图2所示，光伏供电装置201包括多个光伏电池组件Upv1至Upvn。每个光伏电池组件包括串联和/或并联连接的多个光伏电池。每个光伏电池组件与各自的开关直流升压电路相连接，从而将光伏电池组件的第一直流电压升高至第二直流电压，并在升压的同时进行太阳能最大功率点跟踪。该第二直流电压提供至节点X，作为直流母线电压。

光伏供电装置201的各个支路的电路结构及其控制方式相同，以下仅以第一支路为例。

光伏电池组件Upv1的开关电流升压电路包括电容C1、电感L1、开关管S1和二极管D1。光伏电池组件Upv1具有输出端和接地端，在输出端提供第一直流电压。电容C1与光伏电池组件Upv1并联，也即连接在光伏电池组件Upv1的输出端和接地端之间。开关管S1具有第一电流端、第二电流端和控制端。例如，开关管S1为IGBT，其中第一电流端为发射极，第二电流端为集电极，控制端为栅极。开关管S1的第一电流端接地，第二电流端与二极管D1的阳极连接。电感L1连接在光伏电池组件Upv1的输出端和开关管的第二电流端之间。

在工作中，开关管S1在开关信号的控制下交替导通和断开。在开关管S1的导通周期，电感L1利用光伏电池组件Upv1提供的电能充电。在开关管S1的断开周期，电感L1和光伏电池组件Upv1为下文将描述的电容Cdc1、Cdc2和Cdc充电，并向电网、蓄电池和空调***全部或其中之一供电。二极管D1用于续流，从而在二极管D1的阴极端提供第二直流电压。

光伏供电装置201的多个光伏电池组件Upv1至Upvn可以分布在建筑的不同位置，例如屋顶、面向阳光一侧的墙壁等。因此，光伏供电装置201可以适应光伏***与建筑有机结合的各种安装方式。光伏供电装置201的各个支路独立进行最大功率跟踪，亦可最大限度的利用太阳能，克服支路间的功率失配所导致的***效率降低的缺点，同时最大限度的减少***受单支路故障的影响，提高了***的稳定性和灵活性。

双向变换器202具有一个直流端和三个交流端。该直流端至节点X，用于提供或接收直流母线电压，三个交流端连接至电网的三相交流电。双向变换器202可以将光伏电池组件的直流电压转换成三相交流电，用于并网供电，以及将三相交流转换成直流电压，用于向空调供电。

双向变换器202包括第一桥臂和第二桥臂。第一桥臂包括依次串联连接在直流端和地之间的开关管Sa1至Sa4，第二桥臂包括依次串联连接在直流端和地之间的开关管Sb1至Sb4。开关管Sa1至Sa4和Sb1至Sb4分别具有第一电流端、第二电流端和控制端。例如，所有的开关管均为IGBT，其中第一电流端为发射极，第二电流端为集电极，控制端为栅极。

双向变换器202还包括电容Cdc1和Cdc2、二极管Da5、二极管Da6、二极管Db5、二极管Db6、以及电感La至Lc。电容Cdc1和Cdc2串联连接在直流端和地之间，且电容值相同。二极管Da5和Da6串联连接在开关管Sa1和Sa2的中间节点与开关管Sa3和Sa4的中间节点之间，并且反向偏置。二极管Db5和Db6串联连接在开关管Sb1和Sb2的中间节点与开关管Sb3和Sb4的中间节点之间，并且反向偏置。二极管Da5和Da6的中间节点以及二极管Db5和Db6的中间节点一起连接至电容Cdc1和Cdc2的中间节点n。电感La至Lc分别连接在开关管Sb2和Sb3的中间节点a和第一交流端之间、开关管Sa2和Sa3的中间节点b和第二交流端之间、以及电容Cdc1和Cdc2的中间节点n和第三交流端之间。

第一桥臂的上桥臂包括连接在直流端和节点b之间的开关管Sa1和Sa2，下桥臂包括连接在节点b和地之间的开关管Sa3和Sa4。第二桥臂的上桥臂包括连接在直流端和节点a之间的开关管Sb1和Sb2，下桥臂包括连接在节点a和地之间的开关管Sb3和Sb4。

在工作中，开关管Sa1至Sa4和Sb1至Sb4在开关信号的控制下导通和断开，从而可以工作于整流状态或逆变状态。在逆变状态，可以将光伏电池组件的直流电压转换成三相交流电，用于并网供电。在整流状态，可以将电网的三相交流转换成直流电压，用于向空调供电和蓄电池储能。

蓄电池充放电装置203与蓄电池组Ubat相连接，构成不间断电源(UPS)。该不间断电源还可以作为电网终端的有源功率调节器，用于补偿电网终端缺乏的无功分量。

蓄电池组Ubat具有输出端和接地端。蓄电池充放电装置203具有与蓄电池组Ubat连接的第一直流端和连接至节点X的第二直流端。蓄电池充放电装置203包括电容Cbat、Cdc和Cf、电感Lbat、开关管Sbat1至Sbat4。

电容Cbat与蓄电池组Ubat并联，也即连接在第一直流端和接地端之间。电感Lbat和开关管Sbat3、Sbat4依次串联连接在第一直流端和第二直流端之间。开关管Sbat1和Sbat2串联连接在电感Lbat和开关管Sbat3的中间节点和接地端之间。电容Cf连接在开关管Sbat1和Sbat2的中间节点和开关管Sbat3和Sbat4的中间节点之间。电容Cdc连接在第二直流端和接地端之间。

图3示出蓄电池充放电装置中的开关管控制信号的时序图。如图所示，开关管Sbat1与Sbat2、Sbat3与Sbat4交错导通，驱动信号相差180°相角。同时，开关管Sbat1与Sbat4、Sbat2与Sbat3互补导通。

通过改变开关管控制信号的占空比，可以改变电感的电流方向，使得蓄电池充放电装置203分别工作于放电模式和充电模式。蓄电池的充、放电模式对应于双向DC/DC变换器的BUCK模式和BOOST模式。

在工作中，开关管Sbat1至Sbat4在开关信号的控制下导通和断开。在放电模式中，蓄电池充放电装置203中的电流从第一直流端流向第二直流端，在充电模式中，蓄电池充放电装置203中的电流从第二直流端流向第一直流端。

根据***电能协调控制策略改变蓄电池充放电装置203的充、放电模式。该***电能协调控制策略稳态功率模型为：

P_pv+P_grid＝P_bt+P_load，

其中，P_pv为光伏电池输出功率，P_grid为电网输出功率，P_bt为蓄电池输出电能，P_load为负载消耗的功率。本文涉及负载为空调***。

在电网提供电能时，P_grid大于零，在电网接收电能时，P_grid小于零。在蓄电池放电模式中，P_bt小于零，在蓄电池充电模式中，P_bt大于零。

电能流动过程为：

当电网正常，且光线不足，即P_pv＜P_bt+P_load，即P_grid＞0，此时太阳能与电网混合为空调及蓄电池供电；

当电网正常，且光线充足或轻载运行，即P_pv＞P_bt+P_load，即P_grid＜0，此时***利用太阳能为所述压缩机供电以及向电网回馈电能；

当电网出现异常时，即P_grid＝0，当光线不足，即P_pv＜P_load，此时P_bt＜0，即空调***由蓄电池和太阳能联合供电。在极端情况下，如果即无太阳能同时蓄电池电能不足以满足空调运转需求，则空调***停机；

当电网出现异常，即P_grid＝0，且光线充足或轻载运行，即P_pv>P_load，此时P_bt>0，***利用太阳能为所述压缩机供电以及为蓄电池充电，同时保持直流母线电压的稳定。

图4示出根据发明的实施例的双向变换器的等效电路图。双向变换器202的第一桥臂及其相连接的二极管Da5和Da6构成第一开关SW1，第二桥臂及其相连接的二极管Db5和Db6构成第二开关SW2。

第一开关SW1和第二开关SW2分别为单刀三掷开关，分别包括与各自的交流端连接的第一端以及可切换的第二至第四端。

第一开关SW1和第二开关SW2的电路结构及其控制方式相同，以下仅以第一开关SW1为例。

在工作中，第一开关SW1的开关管可以处于不同的导通状态。由于二极管的箝位作用，第一开关SW1可以在第二至第四端之间切换。在上桥臂两个开关管Sa1、Sa2导通且另两个开关管Sa3、Sa4断开时，设定状态为1，第一开关切换至第二端。在下桥臂两个开关管Sa3、Sa4导通且另两个开关管Sa1、Sa2断开时，设定状态为-1，第一开关切换至第三端。在上、下桥臂彼此相邻的开关管Sa2、Sa3导通且另两个开关管Sa1、Sa4断开时，设定状态为0，第一开关切换至第四端。第一桥臂上的两个钳位二极管在中间两个开关管导通时为其提供了电流回路。

因而，双向变换器202的第一开关SW1和第二开关SW2分别具有三电平状态，即状态1、-1和0。与之不同，传统的全桥逆变拓扑只有1和-1两种状态，即两电平状态。如下文所述，该双向变换器采用三电平变换器拓扑，可以提供更多的工作模式，从而实现双向逆变而且提高了变换器性能。

图5a至5i示出根据发明的实施例的双向变换器的各种工作模式的示意图，其中采用粗实线示出电流回路。

如图5a所示，在模式1中，第一开关SW1切换至电平状态1，第二开关SW2切换至电平状态1。相应地，第一桥臂的上桥臂导通且下桥臂断开，第二桥臂的上桥臂导通且下桥臂断开。此时，Van＝Vbn＝Udc/2，Vab＝0，如表1所示。

如图5b所示，在模式2中，第一开关SW1切换至电平状态0，第二开关SW2切换至电平状态1。相应地，第一桥臂的上、下桥臂相邻的两个开关管导通且另两个开关管断开，第二桥臂的上桥臂导通且下桥臂断开。此时，Van＝Vab＝Udc/2，Vbn＝0，如表1所示。

如图5c所示，在模式3中，第一开关SW1切换至电平状态-1，第二开关SW2切换至电平状态1。相应地，第一桥臂的上桥臂断开且下桥臂导通，第二桥臂的上桥臂导通且下桥臂断开。此时，Van＝Udc/2，Vbn＝-Udc/2，Vab＝Udc，如表1所示。

如图5d所示，在模式4中，第一开关SW1切换至电平状态1，第二开关SW2切换至电平状态0。相应地，第一桥臂的上桥臂导通且下桥臂断开，第二桥臂的上、下桥臂相邻的两个开关管导通且另两个开关管断开。此时，Van＝0，Vbn＝Udc/2，Vbn＝-Udc/2，如表1所示。

如图5e所示，在模式5中，第一开关SW1切换至电平状态0，第二开关SW2切换至电平状态0。相应地，第一桥臂的上、下桥臂相邻的两个开关管导通且另两个开关管断开，第二桥臂的上、下桥臂相邻的两个开关管导通且另两个开关管断开。此时，Van＝0，Vbn＝0，Vab＝0，如表1所示。

如图5f所示，在模式6中，第一开关SW1切换至电平状态-1，第二开关SW2切换至电平状态0。相应地，第一桥臂的上桥臂断开且下桥臂导通，第二桥臂的上、下桥臂相邻的两个开关管导通且另两个开关管断开。此时，Van＝0，Vbn＝-Udc/2，Vab＝Udc/2，如表1所示。

如图5g所示，在模式7中，第一开关SW1切换至电平状态1，第二开关SW2切换至电平状态-1。相应地，第一桥臂的上桥臂导通且下桥臂断开，第二桥臂的上桥臂断开且下桥臂导通。此时，Van＝-Udc/2，Vbn＝Udc/2，Vab＝-Udc，如表1所示。

如图5h所示，在模式8中，第一开关SW1切换至电平状态0，第二开关SW2切换至电平状态-1。相应地，第一桥臂的上、下桥臂相邻的两个开关管导通且另两个开关管断开，第二桥臂的上桥臂断开且下桥臂导通。此时，Van＝Vab＝-Udc/2，Vbn＝0，如表1所示。

如图5i所示，在模式9中，第一开关SW1切换至电平状态-1，第二开关SW2切换至电平状态-1。相应地，第一桥臂的上桥臂断开且下桥臂导通，第二桥臂的上桥臂断开且下桥臂导通。此时，Van＝Vbn＝-Udc/2，Vab＝0，如表1所示。

表1双向变换器的开关状态

通过改变开关管控制信号的占空比，可以改变电感的电流方向，使得双向变换器202分别工作于整流模式和逆变模式。无论在整流模式还是在逆变模式，双向变换器202的第一开关SW1和第二开关SW2分别具有三个电平状态(1,0,-1)。节点n保持动态电压平衡。由于电容Cdc1和Cdc2的电容值相同，电容Cdc1和Cdc2共同承受Udc，Vcd1＝Vcd2＝Udc/2。Van、Vbn分别有3种电平Udc/2、0、-Udc/2，而Vab有5种电平-Udc/2、-Udc、0、Udc、Udc/2。如表1所示，可以看出各开关管的耐压值为Udc/2，从而有效减小了各开关管的电压应力。

非隔离型双向变换器结构不含变压器，具有效率高、体积小、重量轻和成本低等优势，为目前的研究热点。

根据发明的实施例的双向变换器202为三相非隔离双向变换器。如图2所示，该双向变换器202未使用图1所示的隔离变压器T。非隔离型双向变换器结构不含变压器，具有效率高、体积小、重量轻和成本低等优势，为目前的研究热点。

图6示出非隔离型变换器结构中的共模电流通路示意图。非隔离型变换器结构包括光伏电池板211、变换器212和EMI滤波器213。如图所示，在逆变模式中，变换器212将光伏电池板211的直流电压转换成三相交流电，用于并网供电。

如图6所示，非隔离型变换器结构导致光伏电池板211和电网之间存在电气连接。由于光伏电池板211对地寄生电容的存在，非隔离型变换器结构中功率器件的开关动作可能产生高频时变电压作用在寄生电容之上。在由光伏电池板211寄生电容、直/交流滤波器和电网阻抗等组成的谐振回路中，出于变换器效率优化的考虑其阻抗非常低，从而在该回路中产生的共模电流i_CM，即漏电流。

与图6所示的传统变换器212不同，在根据本发明的空调***的双向变换器202采用三电平变换器拓扑，从而可以减少由无隔离变压器带来的漏电流i_CM以及由此产生的进网直流分量。同时，双向变换器202可以实现如单极性SPWM全桥逆变器一样的差模输出电压和开关器件电压应力低等优点。本发明采用的双向变换器202在并网、整流环节弥补传统拓扑结构中的电路结构复杂及功率密度低等不足。

根据本发明的实施例的空调***，采用包含蓄电池组的可调度式光伏并网发电***，不仅具有不间断电源的作用(UPS)，而且还可以作为电网终端的有源功率调节器用于补偿电网终端缺乏的无功分量以稳定电网电压，同时也可以抵消有害的高次谐波分量，有益于提高电能质量。发明中采用三电平变换器拓扑，实现双向充放电控制，减小了开关管电压应力，减小了滤波电感，提高了变换器的动态响应。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种三相非隔离并网变换器，所述变换器具有直流端和第一至第三交流端，包括：

第一和第二电容，所述第一和第二电容串联连接在所述直流端和地之间；

第一至第三电感，所述第一至第三电感的第一端分别连接至所述第一至第三交流端，第二端分别连接至第一至第三中间节点，其中第三节点是所述第一和第二电容的中间节点；以及

第一和第二开关，所述第一和第二开关的第一端分别连接至第一和第二节点，第二端连接至所述直流端，第三端连接至所述地，第四端连接至所述第三节点，

其中，所述第一和第二开关选择性地将第一端连接至第二至第四端之一。

2.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述第一开关包括：

第一桥臂，包括依次串联连接在所述直流端和所述地之间的第一至第四开关管，其中第一和第二开关管组成上桥臂，第三和第四开关管组成下桥臂；

第一和第二二极管，所述第一和第二二极管串联连接，并且所述第一二极管的阴极连接至所述第一开关管和所述第二开关管的中间节点，所述第二二极管的阳极连接至所述第三开关管和所述第四开关管的中间节点之间，所述第一和第二二极管的中间节点连接至所述第三节点，

所述第二开关包括：

第二桥臂，包括依次串联连接在所述直流端和所述地之间的第五至第八开关管，其中第五和第六开关管组成上桥臂，第七和第八开关管组成下桥臂；

第三和第四二极管，所述第三和第四二极管串联连接，并且所述第三二极管的阴极连接至所述第五开关管和所述第六开关管的中间节点，所述第四二极管的阳极连接至所述第七开关管和所述第八开关管的中间节点之间，所述第三和第四二极管的中间节点连接至所述第三节点。

3.根据权利要求2所述的变换器，其中，所述第一开关和所述第二开关在工作状态分别处于以下三种电平状态之一：

第一电平状态，其中所述上桥臂的开关管导通，且所述下桥臂的开关管断开；

第二电平状态，其中所述上桥臂的开关管断开，且所述下桥臂的开关管导通；以及

第三电平状态，其中所述上桥臂和所述下桥臂相邻的开关管导通，其余开关管断开。

4.根据权利要求3所述的变换器，其中，所述变换器工作于多个工作模式，在不同的工作模式中，所述第一开关和所述第二开关的电平状态的组合不同。

5.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述变换器在整流模式中采用电网的电能提供直流母线电压，在逆变模式中采用所述直流母线电压为所述电网回馈电能。

6.一种空调***，包括：

空调的压缩机，采用直流母线电压供电，

光伏供电装置，将太阳能转换成电能，以提供所述直流母线电压；

蓄电池充放电装置，在放电模式中采用蓄电池的电能提供所述直流母线电压，在充电模式中采用所述直流母线电压为所述蓄电池充电；以及

根据权利要求1至5中任一项所述的变换器，

其中，所述压缩机、所述光伏供电装置、所述蓄电池充放电装置和所述变换器连接至公共的直流供电端，并且在所述直流供电端提供所述直流母线电压，所述空调***选择性地采用来自电网、太阳能和蓄电池的电能为空调的压缩机供电。

7.根据权利要求6所述的空调***，其中，所述空调***执行以下的电能流动过程之一：

当电网正常，且光线不足，利用太阳能与电网混合为所述压缩机及所述蓄电池供电；

当电网正常，且光线充足或轻载运行，利用太阳能为所述压缩机供电以及向所述蓄电池充电并回馈电网；

当电网出现异常，且光线不足，利用所述蓄电池和太阳能联合为所述压缩机供电，或者控制所述压缩机停止工作；以及

当电网出现异常，且光线充足或轻载运行，利用太阳能为所述压缩机供电以及为所述蓄电池充电，同时保持所述直流母线电压的稳定。

8.根据权利要求6所述的空调***，其中，所述光伏供电装置包括分布式的多个支路，每个支路包括：

光伏电池组件，从太阳能产生第一直流电压；以及

开关直流升压电路，将第一直流电压升高至第二直流电压，并进行太阳能最大功率点跟踪,作为所述直流母线电压，

其中，所述多个支路的输出端共同连接至所述直流供电端。

9.根据权利要求8所述的空调***，其中，所述多个支路的光伏电池组件分布在建筑的不同位置。

10.根据权利要求6所述的空调***，其中，所述蓄电池充放电装置具有连接至蓄电池输出端的第一直流端和连接至所述直流供电端的第二直流端，

在放电模式中实现电流从第一直流端向第二直流端的流动，以及将蓄电池的输出电压升高至所述直流母线电压，在充电模式中实现电流从第二直流端向第一直流端的流动，以及将所述直流母线电压降低至蓄电池的充电电压。

11.根据权利要求10所述的空调***，其中，所述蓄电池充放电装置包括：

电感，其第一端连接至所述第一直流端；

第一和第二开关管，串联连接在电感的第二端和地之间；

第三和第四开关管，串联连接在电感的第二端和所述第二直流端之间；

第一电容，连接在所述第一直流端和地之间；以及

第二电容，连接在所述第三和第四开关管的中间节点和所述第一和第二开关管的中间节点之间。

12.根据权利要求11所述的空调***，其中，所述第一开关管和所述第二开关管交错导通且驱动信号相差180°相角，所述第三开关管和所述第四开关管交错导通且驱动信号相差180°相角，同时，所述第一开关管和所述第四开关互补导通，所述第二开关管和所述第三开关管互补导通。

13.根据权利要求12所述的空调***，其中，通过改变所述第一至第四开关管驱动信号的占空比，改变电感的电流方向，使得所述蓄电池充放电装置工作于放电模式和充电模式之一。