一種多端口逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別是直流-交流電能變換技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)直流電源與交流負載或者交流電網(wǎng)之間的雙向能量傳輸與變換，在可再生能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的用途。
[0003]傳統(tǒng)的逆變器只包含一個直流輸入端口和一個交流輸出端口，即只能實現(xiàn)一個直流輸入源和一個交流負載或交流電網(wǎng)之間的功率變換。然而，在可再生能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、儲能等功率系統(tǒng)中，通常需要將多個直流輸入源與逆變器相連。例如:分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，需要將多個分布式光伏電源與逆變器相連；家庭光儲一體供電系統(tǒng)中，需要將光伏和蓄電池同時與逆變器相連；分布式儲能系統(tǒng)中則需要將多個儲能設(shè)備與逆變器相連。為了實現(xiàn)上述目的，已有的解決方案是將各個獨立的直流輸入源先通過直流變換器連接到一條公共的直流母線，再將逆變器與該公共直流母線相連，從而解決多個獨立的直流輸入源與逆變器連接的問題。但是，這種解決方案需要采用額外的直流變換器，不僅增加了系統(tǒng)的成本、體積和重量，而且增加了系統(tǒng)功率變換的損耗、降低了系統(tǒng)效率。
[0004]文獻“DongsenSun，Baoming Ge，ffeihua Liang, Haitham Abu-Rub，and FangZheng Peng.An Energy Stored Quasi—Z—Source Cascade Multilevel Inverter-BasedPhotovoltaic Power Generat1n System[J].1EEE Transact1ns on IndustrialElectronics，2015，62 (9):5458-5467.”提出將多個準(zhǔn)Z源逆變器串聯(lián)的級聯(lián)型多輸入逆變器結(jié)構(gòu)，該逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)多個分布式光伏、分布式儲能蓄電池的同時接入，但每一個分布式接入模塊都需要采用一個獨立的準(zhǔn)Z源逆變電路，所用有源和無源器件的數(shù)量很多，在一定程度上影響了系統(tǒng)的能效比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種多端口逆變器，用于解決逆變器在多個直流輸入源和/或直流母線與交流負載或者交流電網(wǎng)連接時存在的技術(shù)問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]所述多端口逆變器由N個功率分配模塊(1、2……N)、(N+1)個直流輸入源(Vinl、Vin2…Vin(N+1))和逆變模塊(20)構(gòu)成，其中N為等于1或者大于1的整數(shù)，功率分配模塊包括正2而、負2而和0立而。
[0008]當(dāng)功率分配模塊的數(shù)量N等于1時，所述第1個功率分配模塊(1)的正端連接第一直流輸入源(Vinl)的正端，第1個功率分配模塊(1)的0端連接第二直流輸入源(Vin2)的正端，第1個功率分配模塊(1)的負端連接逆變模塊(20)的正輸入端，逆變模塊(20)的負輸入端連接第一直流輸入源(Vinl)的負端和第二直流輸入源(Vin2)的負端。
[0009]當(dāng)功率分配模塊的數(shù)量N大于1時，所述第1個功率分配模塊(1)的正端連接第一直流輸入源(νιη1)的正端，所述第N個功率分配模塊(N)的負端連接逆變模塊(20)的正輸入端，N個功率分配模塊(1、2……N)中的任意第k個功率分配模塊的0端連接第(k+1)直流輸入源(Vin(k+1))的正端，k為大于等于1且小于等于N的整數(shù)，N個功率分配模塊(1、2……N)中的任意第m個功率分配模塊的負端連接第(m+1)個功率分配模塊的正端，m為大于等于1且小于N的整數(shù)，所有(N+1)個直流輸入源(νιη1、νιη2...νιη(Ν+1))的負端均與逆變模塊(20)的負輸入端相連。
[0010]上述功率分配模塊采用以下兩種方案。
[0011]方案一:所述功率分配模塊包括第一功率開關(guān)管(SJ和第二功率開關(guān)管(S2)，其中第一功率開關(guān)管(Sl)的發(fā)射極連接第二功率開關(guān)管(S2)的集電極和功率分配模塊的負端，第一功率開關(guān)管(Sl)的集電極連接功率分配模塊的正端，第二功率開關(guān)管(S2)的發(fā)射極連接功率分配模塊的0端。
[0012]方案二:所述功率分配模塊包括第一功率開關(guān)管(SD和第一功率二極管(DJ，其中第一功率開關(guān)管(SJ的發(fā)射極連接第一功率二極管(DJ的陰極和功率分配模塊的負端，第一功率開關(guān)管(SJ的集電極連接功率分配模塊的正端，第一功率二極管(DJ的陽極連接功率分配模塊的0端。
[0013]上述逆變模塊(20)采用以下三種方案。
[0014]方案一:所述逆變模塊(20)包括第一逆變功率開關(guān)管(Su)、第二逆變功率開關(guān)管
(Sl2)、第三逆變功率開關(guān)管(Sl3)、第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)、濾波電感(L)、濾波電容(C)以及負載(R)，其中第一逆變功率開關(guān)管(Su)的集電極連接第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)的集電極以及逆變模塊(20)的正輸入端，第一逆變功率開關(guān)管(Su)的發(fā)射極連接第二逆變功率開關(guān)管(Sl2)的集電極和濾波電感(L)的一端，濾波電感(L)的另一端連接濾波電容(C)的一端和負載(R)的一端，負載(R)的另一端連接濾波電容(C)的另一端、第二逆變功率開關(guān)管(Sl2)的發(fā)射極和第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)的集電極，第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)的發(fā)射極連接第二逆變功率開關(guān)管(Sl2)的發(fā)射極和逆變模塊(20)的負輸入端。
[0015]方案二:所述逆變模塊(20)包括第一逆變功率開關(guān)管(Su)、第二逆變功率開關(guān)管
(Sl2)、第三逆變功率開關(guān)管(Sl3)、第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)、第五逆變功率開關(guān)管(Sl5)、第六逆變功率開關(guān)管(Sl6)、第一濾波電感㈦)、第二濾波電感(L2)、第三濾波電感(L3)、第一濾波電容(Q)、第二濾波電容(C2)、第三濾波電容(C3)、第一負載況)、第二負載(R2)和第三負載(?)，其中第一逆變功率開關(guān)管(Su)的集電極連接第三逆變功率開關(guān)管(Sl3)的集電極、第五逆變功率開關(guān)管(Sl5)的集電極以及逆變模塊(20)的正輸入端，第一逆變功率開關(guān)管(Su)的發(fā)射極連接第二逆變功率開關(guān)管(Sl2)的集電極和第一濾波電感(LJ的一端，第三逆變功率開關(guān)管(Sl3)的發(fā)射極連接第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)的集電極和第二濾波電感(L2)的一端，第五逆變功率開關(guān)管(Sl5)的發(fā)射極連接第六逆變功率開關(guān)管(Sl6)的集電極和第三濾波電感(L3)的一端，第二逆變功率開關(guān)管(Sl2)的發(fā)射極連接第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)的發(fā)射極、第六逆變功率開關(guān)管(Sl6)的發(fā)射極和逆變模塊(20)的負輸入端，第一濾波電感(D的另一端連接第一濾波電容(Q)的一端、第三濾波電容(c3)的一端、第一負載(?)的一端以及第三負載(r3)的一端，第二濾波電感(l2)的另一端連接第二濾波電容(c2)的一端、第一濾波電容(Q)的另一端、第二負載(?)的一端和第一負載(?)的另一端，第三濾波電感(l3)的另一端連接第二濾波電容(c2)的另一端、第三濾波電容(c3)的另一端、第二負載(r2)的另一端和第三負載(r3)的另一端。
[0016]方案三:所述逆變模塊(20)包括第一逆變功率開關(guān)管(Su)、第二逆變功率開關(guān)管
(Sl2)、第三逆變功率開關(guān)管(Sl3)、第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)、第一逆變功率二極管(Du)、第二逆變功率二極管(Dl2)、第一濾波電感(LJ、第二濾波電感(L2)、濾波電容(C)和負載(R)，其中第一逆變功率開關(guān)管(Su)的集電極連接第三逆變功率開關(guān)管(Sl3)的集電極和逆變模塊(20)的正輸入端，第一逆變功率開關(guān)管(Su)的發(fā)射極連接第一逆變功率二極管(Du)的陰極和第一濾波電感(LJ的一端，第二逆變功率開關(guān)管(Sl2)的發(fā)射極連接第二逆變功率二極管(Dl2)的陰極和第二濾波電感(L2)的一端，第一濾波電感(Q)的另一端連接濾波電容(C)的一端、負載(R)的一端、和第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)的集電極，第二濾波電感(L2)的另一端連接濾波電容(C)的另一端、負載(R)的另一端和第二逆變功率開關(guān)管(Sl2)的集電極，第二逆變功率開關(guān)管(Sl2)的發(fā)射極連接第四逆變功率開關(guān)管(Sl4)的發(fā)射極、第一逆變功率二極管(Du)的陽極、第二逆變功率二極管(Dl2)的陽極和逆變模塊(20)的負輸入端。
[0017]上述(N+1)個直流輸入源(Vinl、Vin2-Vin{N+1))的電壓滿足以下關(guān)系:直流輸入源(νιη1、νιη2...νιη_)中的任意第k個直流輸入源(Vink)的電壓都不低于第(k+1)個直流輸入源(Vin(k+1))的電壓，其中k為大于等于1小于等于N的整數(shù)。
[0018]有益效果:
[0019](1)本發(fā)明能夠同時提供多個直流功率端口和一個交流功率端口，能夠同時實現(xiàn)多個獨立的直流輸入源與交流負載或者交流電網(wǎng)之間的功率傳輸與控制，實現(xiàn)了多個逆變器的功能，具有集成度高、功率密度高、成本低等優(yōu)點；
[0020](2)相比于采用多個獨立的逆變器的方案，本發(fā)明不僅大幅減少了所用功率開關(guān)管的數(shù)量，而且減少了濾波器電感、電容等無源器件的數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本、提高了功率密度；
[0021](3)本發(fā)明任意直流輸入功率端口與交流輸出端口之間都能夠?qū)崿F(xiàn)單級功率變換，變換效率高；
[0022](4)本發(fā)明多輸入逆變器中開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力低，因此可以采用具有更優(yōu)開關(guān)和導(dǎo)通性能的低耐壓功率開關(guān)器件，不僅可以降低成本，而且可以提高逆變器的效率。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)