实用新型内容
本申请的目的在于提供一种逆变器及供电***,旨在解决传统的逆变器存在的可驱动的负载功率较小的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种逆变器,包括:多相逆变电路,所述多相逆变电路的输入端用于与供电电源连接,所述多相逆变电路包括多个单相输出端,多个所述单相输出端用于连接多相负载或者用于分别连接单相负载;相间连接电路,所述相间连接电路包括若干控制开关,所述控制开关分别连接在所述多相逆变电路的任意两相所述单相输出端之间;控制电路,分别与所述多相逆变电路和所述相间连接电路连接,所述控制电路用于在所述多相逆变电路连接所述单相负载时,根据所述单相负载的需求功率控制所述控制开关的导通数量,以控制接入所述单相负载的所述多相逆变电路的相数,并控制所述多相逆变电路的对应相工作以给所述单相负载提供所述需求功率;所述相数与所述需求功率之间为正相关关系。
其中一实施例中,所述多相逆变电路为三相逆变电路;所述多相逆变电路包括第一单相输出端、第二单相输出端和第三单相输出端;所述相间连接电路包括第一控制开关和第二控制开关;所述第一控制开关的第一端与所述第一单相输出端连接,所述第一控制开关的第二端与所述第二单相输出端连接;所述第二控制开关的第一端与所述第一单相输出端连接,所述第二控制开关管的第二端与所述第三单相输出端连接;所述第一控制开关和所述第二控制开关的受控端均与所述控制电路连接。
其中一实施例中,所述相间连接电路还包括第三控制开关;所述第三控制开关的第一端与所述第二单相输出端连接,所述第三控制开关的第二端与所述第三单相输出端连接,所述第三控制开关的受控端与所述控制电路连接。
其中一实施例中,所述控制电路用于:在所述单相负载的需求功率小于等于第一功率值时,驱动所述相间连接电路的各控制开关均处于断开状态;在所述单相负载的功率大于所述第一功率值且小于等于第二功率值时,驱动所述相间连接电路的其中一个控制开关导通,以使与所述控制开关相连的两个所述单相输出端与所述单相负载连接;在所述负载的功率大于所述第二功率值时,驱动所述相间连接电路的所有控制开关导通,以使所述多相逆变电路的各个所述单相输出端均与所述单相负载连接。
其中一实施例中,所述多相逆变电路的输入端通过正直流母线和负直流母线与所述供电电源连接,所述多相逆变电路包括第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元、第一续流单元、第二续流单元和第三续流单元;所述第一桥臂单元的第一端、所述第二桥臂单元的第一端和所述第三桥臂单元的第一端均与正直流母线连接,所述第一桥臂单元的第二端、所述第二桥臂单元的第二端和所述第三桥臂单元的第二端均与负直流母线连接;所述第一桥臂单元的中点与所述第一续流单元的第一端连接,所述第二桥臂单元的中点与所述第二续流单元的第一端连接,所述第三桥臂单元的中点与所述第三续流单元的第一端连接,所述第一续流单元的第二端、所述第二续流单元的第二端和所述第三续流单元的第二端均为所述单相输出端。
其中一实施例中,所述多相逆变电路还包括第一母线电容、第二母线电容、第一续流开关单元、第二续流开关单元和第三续流开关单元;所述第一母线电容和所述第二母线电容依次串联在所述正直流母线与所述负直流母线之间,所述第一桥臂单元的中点通过所述第一续流开关与所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接节点连接,所述第二桥臂单元的中点通过第二续流开关单元与所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接节点连接,所述第三桥臂单元的中点通过所述第三续流开关单元与所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接节点连接。
其中一实施例中,所述逆变器还包括平衡桥电路,所述平衡桥电路包括第一平衡开关、第二平衡开关和平衡续流电感;所述第一平衡开关的第一导通端与所述正直流母线连接,所述第一平衡开关的第二导通端与所述第二平衡开关的第一导通端以及所述平衡续流电感的第一端连接,所述第二平衡开关的第二导通端与所述负直流母线连接,所述续流电感的第二端连接所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接节点。
其中一实施例中,所述逆变器还包括并网开关电路,所述并网开关电路的输入端所述多相逆变电路的输出端连接,并网开关电路的输出端用于与外部电网连接,所述并网开关电路用于控制所述多相逆变电路与所述外部电网之间的连接通断。
其中一实施例中,所述逆变器还包括第一直流变换电路,第一直流变换电路的输出端与所述多相逆变电路的输入端连接,第一直流变换电路的输入端用于与所述供电电源连接;所述第一直流变换电路用于对所述供电电源提供的电能进行升压后输出至所述多相逆变电路的输入端。
本申请实施例的第二方面提供了一种供电***,包括供电电源和如上述的逆变器。
本申请通过相间连接电路的控制开关控制多个单相输出端的连接关系,可以在单个单相输出端无法满足单相负载的需求功率需求时,根据单相负载的需求功率将多个单相输出端连接在一起,向单相负载提供足够的功率,从而解决了逆变器单相输出时功率不足的问题。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
图1示出了本申请一实施例提供的逆变器的原理示意图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分,详述如下:
逆变器10包括:多相逆变电路100、相间连接电路200和控制电路300。多相逆变电路100的输入端用于与供电电源20连接,多相逆变电路100包括多个单相输出端(每个单相输出端对应一相逆变电路),多个单相输出端用于连接多相负载30或者用于分别连接单相负载40。其中,当多相逆变电路100与多相负载30连接时,各个单相输出端均与该多相负载30连接。当多相逆变电路100与单相负载40连接时,可以只有其中一个单相输出端与单相负载40连接。相间连接电路200包括若干控制开关,控制开关分别连接在多相逆变电路100的任意两相单相输出端之间,当多相逆变电路100与单相负载40连接时,控制开关可以将与单相负载40连接的单相输出端与其他单相输出端连接。其中,控制开关的数量可以根据实际需求以及单相输出端的数量进行配置。控制电路300分别与多相逆变电路100和相间连接电路200连接,控制电路300可以用于控制多相逆变电路100进行电流的逆变,以基于供电电源20提供的直流电从各个单相输出端输出交流电。控制电路300可以用于在多相逆变电路100连接单相负载40时,根据单相负载40的需求功率控制控制开关的导通数量,以控制接入单相负载40的多相逆变电路100的相数(即当某一单相输出端与单相负载40连接时,可以通过控制开关将该单相输出端与其他单相输出端连接,从而使得多个单相输出端同时为同一个单相负载40供电),并控制多相逆变电路100的对应相(即与单相负载40连接的单相输出端对应的逆变电路)工作以给单相负载40提供需求功率;参与供电的相数与需求功率之间为正相关关系。供电电源20可以是光伏发电设备或者发电电机等其他直流发电设备,多相负载30和单相负载40可以是驱动电机等交流用电设备,控制开关可以是继电器。逆变器10可以为光伏逆变器,供电电源20可以为光伏发电设备(例如太阳能板)。
由于单个单相输出端的输出功率有限,因此通过相间连接电路200的控制开关控制多个单相输出端的连接关系,可以在单个单相输出端无法满足单相负载40的需求功率需求时,根据单相负载40的需求功率将多个单相输出端连接在一起,以向单相负载40提供足够的功率,从而解决了逆变器10单相输出时功率不足的问题。
如图1、图2所示,在一实施例中,多相逆变电路100为三相逆变电路,多相逆变电路100包括第一单相输出端A、第二单相输出端B和第三单相输出端C。相间连接电路200包括第一控制开关S1和第二控制开关S2。第一控制开关S1的第一端与第一单相输出端A连接,第一控制开关S1的第二端与第二单相输出端B连接。第二控制开关S2的第一端与第一单相输出端A连接,第二控制开关S2管的第二端与第三单相输出端C连接。第一控制开关S1和第二控制开关S2的受控端均与控制电路300连接。其中,第一单相输出端A、第二单相输出端B和第三单相输出端C均可以同时与多相负载30连接。第一单相输出端A可以与单相负载40连接。当第一单相输出端A无法驱动单相负载40时,可以控制第一控制开关S1和/或第二控制开关S2导通,使第二单相输出端B和/或第三单相输出端C与第一单相输出端A连接,使得多相逆变电路100的输出功率满足单相负载40的需求功率。
如图3所示,在一实施例中,相间连接电路200还包括第三控制开关S3。第三控制开关S3的第一端与第二单相输出端B连接,所述第三控制开关S3的第二端与第三单相输出端C连接,第三控制开关S3的受控端与控制电路300连接。
当第三控制开关S3导通时,可以通过第三控制开关S3可以将第二单相输出端B与第三单相输出端C连接,第三控制开关S3配合第一控制开关S1和第二控制开关S2可以将任意两个单相输出端进行连接。
在一实施例中,控制电路300用于:在单相负载40的需求功率小于等于第一功率值时,驱动相间连接电路200的各控制开关均处于断开状态。在单相负载40的功率大于第一功率值且小于等于第二功率值时,驱动相间连接电路200的其中一个控制开关导通,以使与控制开关相连的多相逆变电路100中的两相逆变电路与单相负载40连接。在负载的功率大于第二功率值时,驱动相间连接电路200的所有控制开关导通,以使多相逆变电路100的各个单相输出端均与单相负载40连接。
其中,第一功率值等于多相逆变电路100的单个单相输出端可以输出的电能的最大功率,第二功率值等于多相逆变电路100的两个单相输出端可以输出的电能的最大功率。当多相逆变电路100的其中一个单相输出端与单相负载40连接时,由于单个单相输出端的输出功率有限,因此控制电路300可以根据单相负载40的需求功率控制各个控制开关导通或关断,使得多相逆变电路100的输出功率与单相负载40的需求功率相匹配。第一功率值和第二功率可以根据多相逆变电路100的具体结构以及接入的电压大小进行设置。
如图4所示,在一实施例中,多相逆变电路100的输入端通过直流母线400与供电电源20连接。其中,直流母线400包括正直流母线+和负直流母线-,多相逆变电路100包括第一桥臂单元110、第二桥臂单元120、第三桥臂单元130、第一续流单元140、第二续流单元150和第三续流单元160。第一桥臂单元110的第一端、第二桥臂单元120的第一端和第三桥臂单元130的第一端均与正直流母线+连接,第一桥臂单元110的第二端、第二桥臂单元120的第二端和第三桥臂单元130的第二端均与负直流母线-连接;第一桥臂单元110的中点与第一续流单元140的第一端连接,第二桥臂单元120的中点与第二续流单元150的第一端连接,第三桥臂单元130的中点分别与第三续流单元160的第一端连接,第一续流单元140的第二端、第二续流单元150的第二端和第三续流单元160的第二端均为单相输出端。
需要说明的是,每个桥臂单元包括至少两个串联的开关管,两个开关管的连接节点即为桥臂单元的中点。每个续流单元包括至少一个电感。以第一桥臂单元110和第一续流单元140为例。第一桥臂单元110包括第一开关管Q1和第二开关管Q2,第一开关管Q1的第一导通端即为第一桥臂单元110的第一端,第一开关管Q1的第二导通端与第二开关管Q2的第一导通端连接(该连接节点即为第一桥臂单元110的中点),第二开关管Q2的第二导通端即为第一桥臂单元110的第二端。第一开关管Q1和第二开关管Q2的受控端均与控制电路300连接。其中,第一续流单元140包括第一电感L1,第一电感L1的第一端即为第一续流单元140的第一端,第一电感L1的第二端即为第一续流单元140的第二端(也即是第一单相输出端A)。通过控制电路300控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通与关断,配合第一电感L1,即可实现电流的逆变。
在一实施例中,多相逆变电路100还包括第一母线电容C1和第二母线电容C2、第一续流开关单元170、第二续流开关单元180和第三续流开关单元190。第一母线电容C1和第二母线电容C2依次串联在正直流母线+与负直流母线-之间,第一桥臂单元110的中点通过第一续流开关单元170与第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点连接,第二桥臂单元120的中点通过第二续流开关单元180与第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点连接,第三桥臂单元130的中点通过第三续流开关单元190,与第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点连接。
需要说明的是,续流开关单元包括至少两个串联的续流开关管且两个续流开关管反向串联。以第一续流开关单元170为例,第一续流开关单元170包括第一续流开关管Q7和第二续流开关管Q8,第一续流开关管Q7的第一导通端与第二续流开关管Q8的第一导通端连接,第一续流开关管Q7的第二导通端与第一桥臂单元110的中点连接,第二续流开关管Q8的第二导通端与第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点连接。其中,续流开关管均为N型MOS管,续流开关管的第一导通端对应N型MOS管的漏极,续流开关管的第二导通端对应N型MOS管的源极,续流开关管的受控端对应N型MOS管的栅极。N型MOS管还包括体二极管,体二极管的阳极与N型MOS管源极连接,体二极管的阴极与N型MOS管的漏极连接。
在一实施例中,多相逆变电路100还包括多个滤波电容,滤波电容的第一端分别与各个续流单元连接,滤波电容的第二端与第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点连接,滤波电容用于对多相逆变电路100逆变生成的交流电中的杂波信号。
需要说明的是,第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点可以作为逆变器10的零点,用于生成零线电压。
具体地,多相逆变电路100可以包括第一滤波电容C3、第二滤波电容C4和第三滤波电容C3,以第一滤波电容C3为例,第一滤波电容C3第一端与第一电感L1的第二端连接,第一滤波电容C3的第二端与第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点连接。
在一实施例中,直流母线400还包括平衡桥电路410,平衡桥电路410包括第一平衡开关Q13、第二平衡开关Q14和平衡续流电感L7;第一平衡开关Q13单元的第一导通端与正直流母线+连接,第一平衡开关Q13单元的第二导通端与第二平衡开关Q14单元的第一导通端以及平衡续流电感L7的第一端连接,第二平衡开关Q14单元的第二导通端与负直流母线-连接,续流电感L7的第二端连接第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点。其中,平衡开关可以是三极管。
平衡桥电路410可以通过控制第一平衡开关Q13和第二平衡开关Q14导通与关断来调节第一母线电容C1和第二母线电容C2的连接节点处的电压。
在一实施例中,逆变器10还包括并网开关电路500,并网开关电路500的输入端多相逆变电路100的输出端(各个单相输出端)连接,并网开关电路500的输出端用于与外部电网50连接,并网开关电路500用于控制多相逆变电路100与外部电网50之间的连接通断。
具体地,并网开关电路500包括第一并网开关S4、第二并网开关S5和第三并网开关S6,第一并网开关S4的第一端与第一单相输出端A连接,第一并网开关S4的第二端可以与外部电网50连接,第二并网开关S5的第一端与第二单相输出端B连接,第二并网开关S5的第二端可以与外部电网50连接,第三并网开关S6的第一端与第三单相输出端C连接,第一并网开关S4的第二端可以与外部电网50连接。其中,并网开关可以是继电器。
上述逆变器10可以通过并网开关电路500的导通实现与外部电网50的并行为负载供电,或者通过断开并网开关电路500实现单独为负载供电。当逆变器的输入端接入的供电电源20为光伏发电设备时,即实现光伏***的并网与离网的运行。
在一实施例中,并网开关电路500与各个相输出端之间还可以串联电感,以提高输电质量。例如,可以在第一并网开关S4的第一端与第一单相输出端A之间串联电感L4。
在一实施例中,逆变器10还包括第一直流变换电路600,第一直流变换电路600的输出端与多相逆变电路100的输入端连接,第一直流变换电路600的输入端用于与供电电源20连接;第一直流变换电路600用于对供电电源20提供的电能进行升压后输出至多相逆变电路100的输入端。其中,第一直流变换电路600可以是升压斩波电路(Boost Chopper)。
通过第一直流变换电路600对供电电源20提供的电能进行升压可以满足后续负载对于电压的需求,拓展逆变器10的应用范围。
在一实施例中,逆变器10还包括第二直流变换电路700,第二直流变换电路700的一端与第一直流变换电路600的输出端连接,另一端用于与储能设备60连接,第二直流变换电路700用于对第一直流变换电路600的输出进行转换后给储能设备60充电,或者对储能设备60的供电进行转换后输出至多相逆变电路100的输入端。其中,第二直流变换电路700可以是DC/DC转换电路,储能设备60可以是锂电池、镍氢电池等可充电的电池。
通过第二直流变换电路700可以实现逆变器10与储能设备60的双向连接,可以对储能设备60进行充放电,实现电能的存储。
图5示出了本申请一实施例提供的供电***的原理示意图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分,详述如下:
如图5所示,供电***70包括供电电源20和如上述任一项实施例的逆变器10。其中,供电电源20可以是光伏发电设备。
供电***70用于与多相负载30或单相负载40连接以向多相负载30和/或单相负载40进行供电。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述***中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各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;而这些修改或者替换,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,均应包含在本申请的保护范围之内。