一種用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變器的製作方法

2023-05-21 03:17:41

專利名稱：一種用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力電子技術的應用領域，尤其涉及電力電子技術中混合式逆變器的
電路結構設計。
背景技術：
如人們所熟知的，逆變器又稱為逆變電源，它是一種電源轉換裝置，用於將直流 電轉換為輸出電壓和頻率穩定的交流電，從這個意義上說，逆變器也是一種DC/AC(Direct Current/AlternatingCurrent，直流/交流)轉換器。利用逆變器，用戶可以將直流電(諸 如蓄電池、開關電源和燃料電池等)轉換成交流電，為移動供電場所或無電地區提供穩定 可靠的交流供電電源。此外，逆變器還可與發電機配套使用，以有效地節約燃料、減少噪音， 尤其是在風力發電和太陽能發電等可再生能源領域，逆變器更是必不可少。
對於現有的逆變器來說， 一般可大體劃分為DC/DC (直流/直流，Direct Current/ Direct Current)單元和DC/AC單元，其中的DC/DC單元用於提供期望的直流容量，並將該 直流容量送入DC/AC單元，以最終轉換成所需要的交流電。然而，如果DC/DC單元中的直流 輸入為不同的能源類型時，就會給用戶帶來諸多不便。例如，功率為lkW的風能必須使用專 業的風能逆變器來進行匹配，功率為5kW的太陽能必須使用專業的太陽能逆變器來進行匹 配。這樣一來，勢必會造成設計安裝麻煩且價格昂貴。而且，若逆變器的使用環境發生改變 或者需要擴充新的能源時，原來的逆變器就不能充分地被利用，因此還會增加更新成本。如 何迅捷地利用多種再生能源方式的混合式逆變器將直流電轉化為交流電，是相關技術工作 者面前的一項重要課題。

發明內容
針對現有技術中混合式逆變器在使用時所存在的上述技術缺陷，本發明提供了一 種新型的、用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變器。 根據本發明的一個方面，提供了一種用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變 器，包括 —直流轉換陣列，該陣列的每一行和每一列均具有多個DC-DC模塊，並且該陣列 的第一行中彼此相鄰的兩個DC-DC模塊電性連接，以及該陣列的每一列中彼此相鄰的兩個 DC-DC模塊電性連接； — DC/AC轉換器，用於將直流電轉換為交流電；以及
—傳輸線，電性連接於該陣列和DC/AC轉換器之間， 其中，該陣列的各列中的任一 DC-DC模塊分別電性連接至多種再生能源的電性輸 入端。 優選地，多種再生能源可以是太陽能或者風能。 優選地，在傳輸線與混合式逆變器的接地電壓間跨接有一濾波電容。 優選地，輸入至DC/AC轉換器的直流容量可以通過用戶自定義設置該陣列的電路結構來實現。更加具體地，輸入至DC/AC轉換器的直流容量是多種再生能源所貢獻的容量 之和。 優選地，陣列中電性連接的兩DC-DC模塊間設置一開關，當該開關斷開時，電性連 接的兩DC-DC模塊轉換為電性絕緣狀態。更加具體地，當不同類型的再生能源的電性輸入 端連接至陣列的不同列時，通過開關，將陣列的第一行中彼此相鄰的兩個DC-DC模塊由電 性連接狀態切換為電性絕緣狀態。 優選地，陣列中的多個DC-DC模塊是相同類型的。 採用本發明中用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變器，可以將逆變器中的 DC/DC單元劃分為多個相同類型的子單元，通過現場自定義設置這些子單元的連接關係來 生成期望的直流容量，以便實現"混合輸入、單一輸出"的效果。此外，由於本發明的混合 式逆變器側重於關注各種混合能源輸入方式所貢獻的容量總和，當某一再生能源設備故障 時，並不影響其他再生能源設備的正常工作，因此降低了整個逆變器的維修成本，並且極大 地改善了逆變器在各種不同環境下的適應能力。


讀者在參照附圖閱讀了本發明的具體實施方式
以後，將會更清楚地了解本發明的 各個方面。其中， 圖1示出本發明用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變器的示意性結構框圖；
圖2示出如圖1所示的混合式逆變器在直流容量為15kW時所設定的直流轉換陣 列電路結構的第一實施例； 圖3示出如圖1所示的混合式逆變器在直流容量為15kW時所設定的直流轉換陣 列電路結構的第二實施例； 圖4示出如圖1所示的混合式逆變器在直流容量為10kW時所設定的直流轉換陣 列電路結構的第一實施例；以及 圖5示出如圖1所示的混合式逆變器在直流容量為10kW時所設定的直流轉換陣 列電路結構的第二實施例。
具體實施例方式
下面參照附圖，對本發明的具體實施方式
進行詳細描述。 圖1示出本發明用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變器的示意性結構框圖。 參照圖l，該混合式逆變器至少包括一直流轉換陣列102、一 DC/AC轉換器104以及電性連 接於直流轉換陣列102和DC/AC轉換器104間的傳輸導線。其中，陣列102的每一行和每 一行均具有多個DC-DC模塊，例如，第一行至第五行都具有三個DC-DC模塊，第一列至第五 列都具有五個DC-DC模塊，並且第一行中彼此相鄰的兩個DC-DC模塊電性連接，即模塊11 與模塊21連接，模塊21與模塊31連接。與此同時，陣列102中每一列裡彼此相鄰的兩個 DC-DC模塊也電性連接在一起。本領域的普通技術人員應當理解，圖1中示意性地使用CMOS 電晶體將相應的模塊電性連接，但本發明並不局限於此，本領域的普通技術人員應當理解， 任何其他可以實現開關功能的電子元件都可以設置在陣列行和/或列中彼此相鄰的DC-DC 模塊之間。在本發明的一實施例中，可以調節CMOS電晶體的柵極電壓來控制其漏極與源極間溝道是否導通或截止，更為詳細地，當柵極電壓高於開啟電位時，其漏極與源極溝道導通，利用CMOS開關可以將彼此相鄰的DC-DC模塊電性連接在一起；當柵極電壓低於開啟電位時，其漏極與源極溝道截止，利用CMOS開關將彼此相鄰的DC-DC模塊電性絕緣。此外，在傳輸線上還可以設置一濾波電容Cl，跨接於傳輸線與混合式逆變器的接地電壓之間，用於過濾直流轉換陣列所輸送的直流容量的幹擾與噪聲。 再次參照圖l，能源l的電性輸入端與陣列102的第一列中的DC-DC模塊15連接，能源2的電性輸入端與陣列102的第二列中的DC-DC模塊25連接，能源3的電性輸入端與陣列102的第三列中的DC-DC模塊35連接。能源1、能源2和能源3可以是相同類型的再生能源，也可以是不同類型的再生能源。例如，能源1和能源2可以是太陽能，能源3可以是風能。或者，能源1是風能，而能源2和能源3是太陽能。由上述可知，輸入到DC/AC轉換器104的直流容量可以通過用戶自定義設置陣列102的電路結構來實現，並且由於輸入至DC/AC轉換器104的直流容量是多種再生能源所貢獻的容量之和，因此陣列102的電路結構一般可以通過多種方式來實現，而並不局限於僅僅一種方式。從這個意義上來說，當某一再生能源設備故障時，並不影響其他再生能源設備的正常工作，因此降低了整個逆變器的維修成本，並且極大地改善了逆變器在各種不同環境下的適應能力。此外，在本發明的一實施例中，為了保持各個DC-DC模塊之間的可替換性以及直流轉換陣列的標準化程度，DC-DC模塊可以採用完全相同的類型。 為了更加清楚地說明本發明的混合式逆變器因自定義設置直流轉換陣列102所帶來的優越性，圖2至圖5分別示出了在兩種不同的預定直流容量下陣列102所呈現的不同電路結構。圖2示出如圖l所示的混合式逆變器在直流容量為15kW時所設定的直流轉換陣列電路結構的第一實施例，以及圖3示出如圖1所示的混合式逆變器在直流容量為15kW時所設定的直流轉換陣列電路結構的第二實施例。 參照圖2，當能源1、能源2和能源3是不同類型的再生能源，或者不同條件但相同類型的再生能源時，DC/AC轉換器104的直流容量為15kW的情形下設計的電路結構。不妨設定陣列102中的所有DC-DC模塊的直流容量均為lkW，然而本發明並不只局限於此。從圖2可以看出，能源1電性連接至DC-DC模塊11-15，能源2電性連接至DC-DC模塊21-25，以及能源3電性連接至DC-DC模塊31-35，並且調節DC-DC模塊11與21之間以及DC-DC模塊21與31之間的CMOS的柵極電壓將DC-DC模塊11與21以及DC-DC模塊21與31電性絕緣。換句話說，能源1、能源2和能源3對於輸入至DC/AC轉換器104的直流容量的貢獻均為5kW，它們相加後的直流容量剛好為15kW，從而滿足混合式逆變器對於DC端的要求。
參照圖3，示出了 DC/AC轉換器104的直流容量為15kW的情形下所設計的另一種電路結構。從圖3可以看出，能源1電性連接至DC-DC模塊11-15，能源2僅僅電性連接至DC-DC模塊25，以及能源3電性連接至DC-DC模塊31-35以及DC-DC模塊21-24。通過調節DC-DC模塊11與21之間以及DC-DC模塊24與25之間的CMOS的柵極電壓，可以將DC-DC模塊11與21以及DC-DC模塊24與25電性絕緣。換句話說，能源1對於輸入至DC/AC轉換器104的直流容量的貢獻為5kW，能源2對於輸入至DC/AC轉換器104的直流容量的貢獻為lkW，並且能源3對於輸入至DC/AC轉換器104的直流容量的貢獻為9kW，它們相加後的直流容量仍然為15kW，同樣滿足混合式逆變器對於DC端的要求。 類似地，圖4和圖5示出了混合式逆變器在直流容量為10kW時所設定的直流轉換陣列各種不同的電路結構。在圖4中，能源1電性連接至DC-DC模塊13-15，能源2電性連接至DC-DC模塊22-25，以及能源3電性連接至DC-DC模塊33-35。通過調節DC-DC模塊12與13之間、DC-DC模塊21與22之間以及DC-DC模塊32與33之間的CMOS的柵極電壓，可以將DC-DC模塊12與13、 DC-DC模塊21與22以及DC-DC模塊32與33電性絕緣。此時，能源1、能源2和能源3對於輸入至DC/AC轉換器104的直流容量的貢獻分別為3kW、4kW和3kW。相比之下，在圖5中，能源1、能源2和能源3對於輸入至DC/AC轉換器104的直流容量的貢獻分別為2kW、3kW和5kW。 由圖2至圖5可知，當DC/AC轉換器所需的直流容量為15kW時，通過自定義設置的直流轉換陣列，可以使用圖2和圖3的電路結構來滿足要求。此外，當DC/AC轉換器所需的直流容量為10kW時，通過自定義設置的直流轉換陣列，可以使用圖4和圖5的電路結構來滿足要求。這就充分表明，在直流容量不變的條件下，各種再生能源的電性輸入端連接至直流轉換陣列102時，可以分別貢獻不同的直流容量分量，這就為混合逆變器的混合能源輸入方式提供了極大的靈活性。採用本發明的混合式逆變器，將逆變器中的DC/DC單元(即，直流轉換陣列102)劃分為多個相同類型的子單元(S卩，各個DC-DC模塊)，通過現場自定義設置這些子單元的連接關係來生成期望的直流容量，以便實現"混合輸入、單一輸出"的效果。此外，由於本發明的混合式逆變器側重於關注各種混合能源輸入方式所貢獻的容量總和，當某一再生能源設備故障時，並不影響其他再生能源設備的正常工作，因此降低了整個逆變器的維修成本，並且極大地改善了逆變器在各種不同環境下的適應能力。
上文中，參照附圖描述了本發明的具體實施方式
。但是，本領域中的普通技術人員能夠理解，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，還可以對本發明的具體實施方式
作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發明權利要求書所限定的範圍內。
權利要求
一種用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變器，其特徵在於，所述混合式逆變器包括一直流轉換陣列，所述陣列的每一行和每一列均具有多個DC-DC(Direct Current-Direct Current，直流-直流)模塊，並且所述陣列的第一行中彼此相鄰的兩個DC-DC模塊電性連接，以及所述陣列的每一列中彼此相鄰的兩個DC-DC模塊電性連接；一D C/AC(Direct Current/Alternating Current，直流/交流)轉換器，用於將直流電轉換為交流電；以及一傳輸線，電性連接於所述陣列和所述DC/AC轉換器之間，其中，所述陣列的各列中的任一DC-DC模塊分別電性連接至多種再生能源的電性輸入端。
2. 如權利要求1所述的混合式逆變器，其特徵在於，所述再生能源是太陽能或者風能。
3. 如權利要求1所述的混合式逆變器，其特徵在於，在所述傳輸線與所述混合式逆變 器的接地電壓間跨接有一濾波電容。
4. 如權利要求1所述的混合式逆變器，其特徵在於，輸入至所述DC/AC轉換器的直流容 量可以通過用戶自定義設置所述陣列的電路結構來實現。
5. 如權利要求4所述的混合式逆變器，其特徵在於，輸入至所述DC/AC轉換器的直流容 量是所述多種再生能源所貢獻的容量之和。
6. 如權利要求l所述的混合式逆變器，其特徵在於，所述陣列中電性連接的兩個DC-DC 模塊間設置一開關，當所述開關斷開時，所述電性連接的兩個DC-DC模塊轉換為電性絕緣 狀態。
7. 如權利要求6所述的混合式逆變器，其特徵在於，當不同類型的再生能源的電性輸 入端連接至所述陣列的不同列時，通過所述開關，將所述陣列的第一行中彼此相鄰的兩個 DC-DC模塊由電性連接狀態切換為電性絕緣狀態。
8. 如權利要求l所述的混合式逆變器，其特徵在於，所述陣列中的多個DC-DC模塊是相 同類型的。
全文摘要
本發明提供了一種用於將直流電轉換為交流電的混合式逆變器，包括一直流轉換陣列，該陣列的每一行和每一列均具有多個DC-DC模塊；一DC/AC轉換器，用於將直流電轉換為交流電；以及一傳輸線，電性連接於該陣列和DC/AC轉換器之間，其中，該陣列的各列中的任一DC-DC模塊分別電性連接至多種再生能源的電性輸入端。採用本發明的混合式逆變器，通過現場自定義設置這些子單元的連接關係來生成期望的直流容量，以便實現「混合輸入、單一輸出」的效果，並且當某一再生能源設備故障時，並不影響其他再生能源設備的正常工作，降低了整個逆變器的維修成本，極大地改善了逆變器在各種不同環境下的適應能力。
文檔編號H02M3/04GK101753051SQ20101011438
公開日2010年6月23日 申請日期2010年2月9日 優先權日2010年2月9日
發明者石靖節, 黃意明 申請人:友達光電股份有限公司