一种多端口逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种多端口逆变器，包括N个功率分配模块、(N+1)个直流输入源和逆变模块，其中N为大于等于1的整数；所述N个功率分配模块依次相连，其中第1个功率分配模块与两个直流输入源的正端相连，其余各功率分配模块仅与一个直流输入源的正端相连，第N个功率分配模块同时与逆变模块的正输入端相连，所有(N+I)个直流输入源的负端都与逆变模块的负输入端相连。本发明专利技术仅通过一个逆变模块就能够同时实现(N+I)个独立的直流输入源与交流负载或者电网之间的功率传输与变换，实现了多个逆变器的功能，具有功率密度高、体积成本低的优势；本发明专利技术所述N个功率分配模块中的功率器件的电压应力等于各直流输入源的电压差，具有电压应力低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子变换器
，特别是直流-交流电能变换

技术介绍
逆变器能够实现直流电源与交流负载或者交流电网之间的双向能量传输与变换，在可再生能源发电、智能电网、电动汽车、航空航天等领域具有广泛的用途。传统的逆变器只包含一个直流输入端口和一个交流输出端口，即只能实现一个直流输入源和一个交流负载或交流电网之间的功率变换。然而，在可再生能源发电、智能电网、储能等功率系统中，通常需要将多个直流输入源与逆变器相连。例如：分布式光伏并网发电系统中，需要将多个分布式光伏电源与逆变器相连；家庭光储一体供电系统中，需要将光伏和蓄电池同时与逆变器相连；分布式储能系统中则需要将多个储能设备与逆变器相连。为了实现上述目的，已有的解决方案是将各个独立的直流输入源先通过直流变换器连接到一条公共的直流母线，再将逆变器与该公共直流母线相连，从而解决多个独立的直流输入源与逆变器连接的问题。但是，这种解决方案需要采用额外的直流变换器，不仅增加了系统的成本、体积和重量，而且增加了系统功率变换的损耗、降低了系统效率。文献“DongsenSun，BaomingGe，WeihuaLiang，HaithamAbu-Rub，andFangZhengPeng.AnEnergyStoredQuasi-Z-SourceCascadeMultilevelInverter-BasedPhotovoltaicPowerGenerationSystem[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2015，62(9)：5458-5467.”提出将多个准Z源逆变器串联的级联型多输入逆变器结构，该逆变器能够实现多个分布式光伏、分布式储能蓄电池的同时接入，但每一个分布式接入模块都需要采用一个独立的准Z源逆变电路，所用有源和无源器件的数量很多，在一定程度上影响了系统的能效比。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种多端口逆变器，用于解决逆变器在多个直流输入源和/或直流母线与交流负载或者交流电网连接时存在的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：所述多端口逆变器由N个功率分配模块(1、2……N)、(N+1)个直流输入源(Vin1、Vin2…Vin(N+1))和逆变模块(20)构成，其中N为等于1或者大于1的整数，功率分配模块包括正端、负端和O端。当功率分配模块的数量N等于1时，所述第1个功率分配模块(1)的正端连接第一直流输入源(Vin1)的正端，第1个功率分配模块(1)的O端连接第二直流输入源(Vin2)的正端，第1个功率分配模块(1)的负端连接逆变模块(20)的正输入端，逆变模块(20)的负输入端连接第一直流输入源(Vin1)的负端和第二直流输入源(Vin2)的负端。当功率分配模块的数量N大于1时，所述第1个功率分配模块(1)的正端连接第一直流输入源(Vin1)的正端，所述第N个功率分配模块(N)的负端连接逆变模块(20)的正输入端，N个功率分配模块(1、2……N)中的任意第k个功率分配模块的O端连接第(k+1)直流输入源(Vin(k+1))的正端，k为大于等于1且小于等于N的整数，N个功率分配模块(1、2……N)中的任意第m个功率分配模块的负端连接第(m+1)个功率分配模块的正端，m为大于等于1且小于N的整数，所有(N+1)个直流输入源(Vin1、Vin2…Vin(N+1))的负端均与逆变模块(20)的负输入端相连。上述功率分配模块采用以下两种方案。方案一：所述功率分配模块包括第一功率开关管(S1)和第二功率开关管(S2)，其中第一功率开关管(S1)的发射极连接第二功率开关管(S2)的集电极和功率分配模块的负端，第一功率开关管(S1)的集电极连接功率分配模块的正端，第二功率开关管(S2)的发射极连接功率分配模块的O端。方案二：所述功率分配模块包括第一功率开关管(S1)和第一功率二极管(D1)，其中第一功率开关管(S1)的发射极连接第一功率二极管(D1)的阴极和功率分配模块的负端，第一功率开关管(S1)的集电极连接功率分配模块的正端，第一功率二极管(D1)的阳极连接功率分配模块的O端。上述逆变模块(20)采用以下三种方案。方案一：所述逆变模块(20)包括第一逆变功率开关管(Si1)、第二逆变功率开关管(Si2)、第三逆变功率开关管(Si3)、第四逆变功率开关管(Si4)、滤波电感(L)、滤波电容(C)以及负载(R)，其中第一逆变功率开关管(Si1)的集电极连接第四逆变功率开关管(Si4)的集电极以及逆变模块(20)的正输入端，第一逆变功率开关管(Si1)的发射极连接第二逆变功率开关管(Si2)的集电极和滤波电感(L)的一端，滤波电感(L)的另一端连接滤波电容(C)的一端和负载(R)的一端，负载(R)的另一端连接滤波电容(C)的另一端、第二逆变功率开关管(Si2)的发射极和第四逆变功率开关管(Si4)的集电极，第四逆变功率开关管(Si4)的发射极连接第二逆变功率开关管(Si2)的发射极和逆变模块(20)的负输入端。方案二：所述逆变模块(20)包括第一逆变功率开关管(Si1)、第二逆变功率开关管(Si2)、第三逆变功率开关管(Si3)、第四逆变功率开关管(Si4)、第五逆变功率开关管(Si5)、第六逆变功率开关管(Si6)、第一滤波电感(L1)、第二滤波电感(L2)、第三滤波电感(L3)、第一滤波电容(C1)、第二滤波电容(C2)、第三滤波电容(C3)、第一负载(R1)、第二负载(R2)和第三负载(R3)，其中第一逆变功率开关管(Si1)的集电极连接第三逆变功率开关管(Si3)的集电极、第五逆变功率开关管(Si5)的集电极以及逆变模块(20)的正输入端，第一逆变功率开关管(Si1)的发射极连接第二逆变功率开关管(Si2)的集电极和第一滤波电感(L1)的一端，第三逆变功率开关管(Si3)的发射极连接第四逆变功率开关管(Si4)的集电极和第二滤波电感(L2)的一端，第五逆变功率开关管(Si5)的发射极连接第六逆变功率开关管(Si6)的集电极和第三滤波电感(L3)的一端，第二逆变功率开关管(Si2)的发射极连接第四逆变功率开关管(Si4)的发射极、第六逆变功率开关管(Si6)的发射极和逆变模块(20)的负输入端，第一滤波电感(L1)的另一端连接第一滤波电容(C1)的一端、第三滤波电容(C3)的一端、第一负载(R1)的一端以及第三负载(R3)的一端，第二滤波电感(L2)的另一端连接第二滤波电容(C2)的一端、第一滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多端口逆变器，其特征在于：所述多端口逆变器由N个功率分配模块(1、2……N)、(N+1)个直流输入源(Vin1、Vin2…Vin(N+1))和逆变模块(20)构成，其中N为等于1或者大于1的整数，功率分配模块包括正端、负端和O端；当N等于1时，所述第1个功率分配模块(1)的正端连接第一直流输入源(Vin1)的正端，第1个功率分配模块(1)的O端连接第二直流输入源(Vin2)的正端，第1个功率分配模块(1)的负端连接逆变模块(20)的正输入端，逆变模块(20)的负输入端连接第一直流输入源(Vin1)的负端和第二直流输入源(Vin2)的负端；当N大于1时，所述第1个功率分配模块(1)的正端连接第一直流输入源(Vin1)的正端，所述第N个功率分配模块(N)的负端连接逆变模块(20)的正输入端，N个功率分配模块(1、2……N)中的任意第k个功率分配模块的O端连接第(k+1)直流输入源(Vin(k+1))的正端，k为大于等于1且小于等于N的整数，N个功率分配模块(1、2……N)中的任意第m个功率分配模块的负端连接第(m+1)个功率分配模块的正端，m为大于等于1且小于N的整数，所有(N+1)个直流输入源(Vin1、Vin2…Vin(N+1))的负端均与逆变模块(20)的负输入端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种多端口逆变器，其特征在于：所述多端口逆变器由N个功率分配模块(1、2……N)、
(N+1)个直流输入源(Vin1、Vin2…Vin(N+1))和逆变模块(20)构成，其中N为等于1或者
大于1的整数，功率分配模块包括正端、负端和O端；
当N等于1时，所述第1个功率分配模块(1)的正端连接第一直流输入源(Vin1)的正
端，第1个功率分配模块(1)的O端连接第二直流输入源(Vin2)的正端，第1个功率分配
模块(1)的负端连接逆变模块(20)的正输入端，逆变模块(20)的负输入端连接第一直流
输入源(Vin1)的负端和第二直流输入源(Vin2)的负端；
当N大于1时，所述第1个功率分配模块(1)的正端连接第一直流输入源(Vin1)的正
端，所述第N个功率分配模块(N)的负端连接逆变模块(20)的正输入端，N个功率分配
模块(1、2……N)中的任意第k个功率分配模块的O端连接第(k+1)直流输入源(Vin(k+1))
的正端，k为大于等于1且小于等于N的整数，N个功率分配模块(1、2……N)中的任意
第m个功率分配模块的负端连接第(m+1)个功率分配模块的正端，m为大于等于1且小于N
的整数，所有(N+1)个直流输入源(Vin1、Vin2…Vin(N+1))的负端均与逆变模块(20)的负输入端
相连。
2.一种根据权利要求1所述的一种多端口逆变器，其特征在于：所述功率分配模块包括
第一功率开关管(S1)和第二功率开关管(S2)，其中第一功率开关管(S1)的发射极连接第
二功率开关管(S2)的集电极和功率分配模块的负端，第一功率开关管(S1)的集电极连接
功率分配模块的正端，第二功率开关管(S2)的发射极连接功率分配模块的O端。
3.一种根据权利要求1所述的一种多端口逆变器，其特征在于：所述功率分配模块包括
第一功率开关管(S1)和第一功率二极管(D1)，其中第一功率开关管(S1)的发射极连接第
一功率二极管(D1)的阴极和功率分配模块的负端，第一功率开关管(S1)的集电极连接功
率分配模块的正端，第一功率二极管(D1)的阳极连接功率分配模块的O端。
4.一种根据权利要求1所述的一种多端口逆变器，其特征在于：所述逆变模块(20)包
括第一逆变功率开关管(Si1)、第二逆变功率开关管(Si2)、第三逆变功率开关管(Si3)、第四
逆变功率开关管(Si4)、滤波电感(L)、滤波电容(C)以及负载(R)；
所述第一逆变功率开关管(Si1)的集电极连接第四逆变功率开关管(Si4)的集电极以及
逆变模块(20)的正输入端，第一逆变功率开关管(Si1)的发射极连接第二逆变功率开关管
(Si2)的集电极和滤波电感(L)的一端，滤波电感(L)的另一端连接滤波电容(C)的一
端和负载(R)的一端，负载(R)的另一端连接滤波电容(C)的另一端、第二逆变功率开
关管(Si2)的发射极和第四逆变功率开关管(Si4)的集电极，第四逆变功率开关管(Si4)的
发射极连接第二逆变功率开关管(Si2)的发射极和逆变模块(20)的负输入端。
5.一种根据权利要求1所述的一种多端口逆变器，其特征在于：所述逆变模块(20)包
括第一逆变功率开关管(Si1)、第二逆变功率开关管(Si2)、第三逆变功率开...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红飞，邢岩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32