使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統的製作方法
2023-11-01 11:09:22
專利名稱：使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及逆變器領域，特別涉及一種使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統。
背景技術：
逆變器指把直流電轉變成交流電的電能變換器。常用的逆變器包括兩種一種是 在不間斷電源中使用的、在電網掉電時將電池中的直流電轉換為可供負載使用的交流電的 逆變器；另一種是新能源系統中把風能、太陽能等自然能量所產生的直流電轉換成可供負 載使用或可以併網的交流電的逆變器。常見的逆變器根據相數不同又分為單相逆變器和三 相逆變器。本發明主要是針對單相逆變器的設計。單相逆變器的一個特點是其輸出功率的時變性。在輸出功率因數為1時(電壓和 電流同相位)，設輸出電壓為Vo(t) =Vpk sin (cot)，輸出電流為Io (t) =Ipk sin (cot)， 則輸出功率為P(t) =Po(l-cos(2 t)), ω是其輸出交流電壓的頻率，Po是平均輸出功率。 給逆變器供電的直流電源一般都適合工作在恆功率模式，尤其是在新能源系統中。以太陽 能系統為例，太陽能光板在陽光的照射下，其光電二極體產生出直流電壓，該直流電壓的大 小決定於陽光的強弱。在確定的陽光下，從太陽能光板所能獲得的最大電能是基本恆定的 量。因此，單相逆變器就必須要能夠接受近於恆定的輸入功率，而提供上述周期性變化的輸 出功率，這樣就要求其必須具備一個能量的存儲和釋放環節。如圖1所示，第一種單相逆變器內部具有兩級變換電路。第一級變換電路(DC-DC) 把變化範圍較大的DC(直流)電源變化成較穩定的適合第二級變換電路逆變的AC(交流) 分量較小的直流電壓，一般該電壓源應比輸出交流電壓的峰值還要高一些。第二級變換電 路(DC-AC)實現把直流變換成交流的功能。通常通過DSP (Digital Signal Processing，數 字信號處理器)控制的SPWM(正弦波脈寬調製)實現。在此機構中，儲能電容C位於兩級 之間，一般為高壓儲能。儲能電容C上的電壓可以有一定程度的變化。如圖2所示，第二種單相逆變器內部也具有兩級變換電路。第一級變換電路 (DC-DC)的輸出電壓呈正弦全波整流的波形。第二級變換電路(DC-AC)用低頻開關把該波 形還原為正弦交流電壓。在此結構中，儲能電容C唯一的位置是放在輸入端。考慮到太陽 能光板類供電電源的特性，在確定的工作條件下，其電壓變化範圍應控制在比較小的範圍， 因此要求的儲能容量較大。該機構的優點是簡單，成本低，效率高。目前市場上的小功率單 相逆變器多是採用這類結構。在這兩種結構中，尤其是圖2中的結構，因儲能容量要求大，成本不能過高，儲能 電容一般只能選用電解電容。然而電解電容的壽命較低，成為影響提高系統可靠性的障礙。 在過去的設計中，電解電容都是與逆變器的其它器件放置在同一個電路板上，屬於同一個 模塊，這樣整個逆變器的壽命就在相當大的程度上被電解電容決定了，如果儲能電容損壞， 那麼整個逆變器就要重新換掉。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統，其 方使更換儲能電容且降低維護成本。為解決所述技術問題，本發明提供了一種使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統， 該逆變器系統包括直流電源、逆變器、連接器，直流電源和逆變器連接，其特徵在於，該逆變 器系統還包括儲能電容模塊，儲能電容模塊通過連接器與逆變器獨立地連接。優選地，所述逆變器包括第一級變換電路和第二級變換電路，直流電源、第一級變 換電路和第二級變換電路順序連接，儲能電容模塊連接在第一級變換電路的輸出端和第二 級變換電路的輸入端之間。優選地，所述逆變器包括第一級變換電路和第二級變換電路，直流電源、第一級變 換電路和第二級變換電路順序連接，儲能電容模塊通過連接器連接在第一級變換電路的輸 入端和直流電源之間。優選地，所述儲能電容模塊的數量為至少兩個，儲能電容模塊之間採用串聯方式 或並聯方式連接。優選地，所述逆變器包括單級變換電路，儲能電容模塊通過連接器與單級變換電 路連接。優選地，所述逆變器包括單級變換電路，儲能電容模塊通過連接器連接在單級變 換電路的輸入端和直流電源之間。本發明的積極進步效果在於一、本發明將儲能電容放置在一個獨立模塊中形成儲能電容模塊，通過連接器將 其與逆變器相連的方式，使更換儲能電容模塊十分容易。儲能電容模塊的價格只是整個逆 變器的一小部分，大為降低系統的維修成本。二、儲能電容的多寡對系統性能和可靠性也有影響，使用獨立的儲能電容模塊就 為客戶提供了按照其預算和對性能及可靠性的要求來選擇電容的品質和容量的機會。三、獨立儲能電容模塊的做法也使冗餘設計成為可能，多個儲能電容模塊可以並 聯或串聯使用。每個儲能電容模塊加上保護機制，比如保險絲。當儲能電容模塊出現破壞 性損壞時，保險絲會切斷其與逆變器的連接，而沒有故障的儲能電容模塊仍將繼續工作。四、由於儲能電容佔的空間相當大，當把儲能電容放在獨立模塊上後，逆變器的體 積大為下降，對優化逆變器的電氣、散熱、和機構設計，降低成本都有明顯的幫助，同時也使 整個逆變系統可以比較容易設計成適合整體系統期望的形狀，把逆變器設計到太陽能光板 的邊框裡就是一個很好的實例。
圖1為現有第一種單相逆變器的結構示意圖。圖2為現有第二種單相逆變器的結構示意圖。圖3為本發明第一實施例的結構示意圖。圖4為本發明第二實施例的結構示意圖。圖5為本發明第三實施例的結構示意圖。圖6為本發明第四實施例的結構示意圖。
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圖7為本發明第五實施例的結構示意圖。圖8為本發明第六實施例的結構示意圖。
具體實施例方式下面舉個較佳實施例，並結合附圖來更清楚完整地說明本發明。本發明使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統包括直流電源、逆變器、連接器、儲能 電容模塊，直流電源和逆變器連接，儲能電容模塊通過連接器與逆變器獨立地連接。如圖3所示，本發明使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統(第一實施例)包括直 流電源1、逆變器2、連接器3、儲能電容模塊4，逆變器2可以是插頭/插座等元件，逆變器2 包括第一級變換電路(DC-DC)21和第二級變換電路(DC-AC) 22，直流電源1、第一級變換電 路21和第二級變換電路22順序連接，儲能電容模塊4可以通過連接器3方便地與逆變器 2連接和分離，且儲能電容模塊4連接在第一級變換電路21的輸出端和第二級變換電路22 的輸入端之間，儲能電容模塊與逆變器非輸入和輸出的專用二埠並聯連接。儲能電容模 塊4將原來內置的儲能電容放到單獨的模塊上，即就是內含儲能電容的模塊，通過連接器 將儲能電容模塊與逆變器相連，使更換儲能電容模塊十分容易，儲能電容模塊的價格只是 整個逆變器的一小部分，大為降低系統的維修成本。另外，儲能電容的多寡對系統性能和可 靠性也有影響，使用獨立的儲能電容模塊就為客戶提供了按照其預算和對性能及可靠性的 要求來選擇電容的品質和容量的機會。如圖4所示，本發明使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統(第二實施例)與圖3 的第一實施例基本相同，其不同之處在於儲能電容模塊4通過連接器3連接在第一級變換 電路21的輸入端和直流電源1之間。如圖5所示，本發明使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統(第三實施例)與圖4 的第二實施例基本相同，其不同之處在於逆變器2包括單級變換電路M，單級變換電路M 完成從輸入直流到輸出交流的逆變變換，儲能電容模塊4通過連接器3連接在單級變換電 路M的輸入端和直流電源1之間。如圖6所示，本發明使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統(第四實施例)與圖5的第 三實施例基本相同，其不同之處在於儲能電容模塊4通過連接器3與單級變換電路24連接。如圖7所示，本發明使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統(第五實施例)與圖3的 第一實施例基本相同，其不同之處在於儲能電容模塊4的數量為兩個或多個，兩個儲能電 容模塊4通過連接器3連接。多個儲能電容模塊可以增加儲能容量。多個儲能電容模塊之 間可以採用串聯方式或並聯方式連接。儲能電容模塊配有過電流和/或過電壓保護機制， 比如保險絲，當電容出現破壞性損壞時，保險絲會切斷其與逆變器的連接，而沒有故障的儲 能電容模塊仍將繼續工作。如圖8所示，本發明使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統(第六實施例)與圖4 的第二實施例基本相同，其不同之處在於儲能電容模塊4的數量為兩個，兩個儲能電容模 塊4通過連接器3相互連接。綜上所述，由於儲能電容佔的空間相當大，當把儲能電容放在獨立模塊上後，逆變 器的體積大為下降，對優化逆變器的電氣、散熱、和機構設計，降低成本都有明顯的幫助，同 時也使整個逆變系統可以比較容易設計成適合整體系統期望的形狀，把逆變器設計到太陽
5能光板的邊框裡就是一個很好的實例。 雖然以上描述了本發明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些 僅是舉例說明，在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變 更或修改。因此，本發明的保護範圍由所附權利要求書限定。
權利要求
1.一種使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統，該逆變器系統包括直流電源、逆變器、連 接器，直流電源和逆變器連接，其特徵在於，該逆變器系統還包括儲能電容模塊，儲能電容 模塊通過連接器與逆變器獨立地連接。
2.如權利要求1所述的使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統，其特徵在於，所述逆變 器包括第一級變換電路和第二級變換電路，直流電源、第一級變換電路和第二級變換電路 順序連接，儲能電容模塊連接在第一級變換電路的輸出端和第二級變換電路的輸入端之 間。
3.如權利要求1所述的使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統，其特徵在於，所述逆變 器包括第一級變換電路和第二級變換電路，直流電源、第一級變換電路和第二級變換電路 順序連接，儲能電容模塊通過連接器連接在第一級變換電路的輸入端和直流電源之間。
4.如權利要求2或3所述的使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統，其特徵在於，所述儲 能電容模塊的數量為至少兩個，儲能電容模塊之間採用串聯方式或並聯方式連接。
5.如權利要求1所述的使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統，其特徵在於，所述逆變 器包括單級變換電路，儲能電容模塊通過連接器與單級變換電路連接。
6.如權利要求1所述的使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統，其特徵在於，所述逆變 器包括單級變換電路，儲能電容模塊通過連接器連接在單級變換電路的輸入端和直流電源 之間。
全文摘要
本發明公開了一種使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統，該逆變器系統包括直流電源、逆變器、連接器，直流電源和逆變器連接，該逆變器系統還包括儲能電容模塊，儲能電容模塊通過連接器與逆變器獨立地連接。本發明使用獨立儲能電容模塊的逆變器系統方便更換儲能電容且降低維護成本。
文檔編號H02J15/00GK102130618SQ201110071718
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者蔣毅敏, 魏槐 申請人:江蘇兆能電子有限公司