一種多端口逆變器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子變換器技術領域，特別是直流-交流電能變換技術領域。
【背景技術】
[0002]逆變器能夠實現直流電源與交流負載或者交流電網之間的雙向能量傳輸與變換，在可再生能源發電、智能電網、電動汽車、航空航天等領域具有廣泛的用途。
[0003]傳統的逆變器只包含一個直流輸入端口和一個交流輸出端口，即只能實現一個直流輸入源和一個交流負載或交流電網之間的功率變換。然而，在可再生能源發電、智能電網、儲能等功率系統中，通常需要將多個直流輸入源與逆變器相連。例如:分布式光伏并網發電系統中，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；分布式儲能系統中則需要將多個儲能設備與逆變器相連。為了實現上述目的，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，不僅增加了系統的成本、體積和重量，而且增加了系統功率變換的損耗、降低了系統效率。
[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Z源逆變器串聯的級聯型多輸入逆變器結構，該逆變器能夠實現多個分布式光伏、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Z源逆變電路，所用有源和無源器件的數量很多，在一定程度上影響了系統的能效比。
【發明內容】
[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發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連接時存在的技術問題。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[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)構成，其中N為等于1或者大于1的整數，功率分配模塊包括正2而、負2而和0立而。
[0008]當功率分配模塊的數量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]當功率分配模塊的數量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，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，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管(SJ和第二功率開關管(S2)，其中第一功率開關管(Sl)的發射極連接第二功率開關管(S2)的集電極和功率分配模塊的負端，第一功率開關管(Sl)的集電極連接功率分配模塊的正端，第二功率開關管(S2)的發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管(SD和第一功率二極管(DJ，其中第一功率開關管(SJ的發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管(Su)、第二逆變功率開關管
(Sl2)、第三逆變功率開關管(Sl3)、第四逆變功率開關管(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管(Su)的集電極連接第四逆變功率開關管(Sl4)的集電極以及逆變模塊(20)的正輸入端，第一逆變功率開關管(Su)的發射極連接第二逆變功率開關管(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、第二逆變功率開關管(Sl2)的發射極和第四逆變功率開關管(Sl4)的集電極，第四逆變功率開關管(Sl4)的發射極連接第二逆變功率開關管(Sl2)的發射極和逆變模塊(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管(Su)、第二逆變功率開關管
(Sl2)、第三逆變功率開關管(Sl3)、第四逆變功率開關管(Sl4)、第五逆變功率開關管(Sl5)、第六逆變功率開關管(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管(Su)的集電極連接第三逆變功率開關管(Sl3)的集電極、第五逆變功率開關管(Sl5)的集電極以及逆變模塊(20)的正輸入端，第一逆變功率開關管(Su)的發射極連接第二逆變功率開關管(Sl2)的集電極和第一濾波電感(LJ的一端，第三逆變功率開關管(Sl3)的發射極連接第四逆變功率開關管(Sl4)的集電極和第二濾波電感(L2)的一端，第五逆變功率開關管(Sl5)的發射極連接第六逆變功率開關管(Sl6)的集電極和第三濾波電感(L3)的一端，第二逆變功率開關管(Sl2)的發射極連接第四逆變功率開關管(Sl4)的發射極、第六逆變功率開關管(Sl6)的發射極和逆變模塊(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管(Su)、第二逆變功率開關管
(Sl2)、第三逆變功率開關管(Sl3)、第四逆變功率開關管(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管(Su)的集電極連接第三逆變功率開關管(Sl3)的集電極和逆變模塊(20)的正輸入端，第一逆變功率開關管(Su)的發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，第二逆變功率開關管(Sl2)的發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管(Sl2)的集電極，第二逆變功率開關管(Sl2)的發射極連接第四逆變功率開關管(Sl4)的發射極、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。
[0018]有益效果:
[0019](1)本發明能夠同時提供多個直流功率端口和一個交流功率端口，能夠同時實現多個獨立的直流輸入源與交流負載或者交流電網之間的功率傳輸與控制，實現了多個逆變器的功能，具有集成度高、功率密度高、成本低等優點；
[0020](2)相比于采用多個獨立的逆變器的方案，本發明不僅大幅減少了所用功率開關管的數量，而且減少了濾波器電感、電容等無源器件的數量，降低了系統成本、提高了功率密度；
[0021](3)本發明任意直流輸入功率端口與交流輸出端口之間都能夠實現單級功率變換，變換效率高；
[0022](4)本發明多輸入逆變器中開關管承受的電壓應力低，因此可以采用具有更優開關和導通性能的低耐壓功率開關器件，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