三相非隔離并網(wǎng)變換器及空調系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電源電路，更具體地，涉及三相非隔離并網(wǎng)變換器及空調系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 太陽能作為一種重要的可再生能源，其資源豐富清潔，是人類可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn) 略中的一個重要組成部分。在當今以環(huán)保為大前提背景下，如何將太陽能等可再生能源加 以利用，將其轉化為電能或者熱能，是目前空調領域比較熱門的研究之一。目前，制約其發(fā) 展的除了提高光電轉換效率外，發(fā)展高效的變換器結構和電能利用架構是可行的突破口。
[0003] 光伏空調系統(tǒng)利用光伏電池提供空調所需的一部分或全部電能。進一步地，光伏 空調系統(tǒng)還可以進一步并網(wǎng)供電，其中采用隔離變壓器實現(xiàn)光伏電池向電網(wǎng)的電能傳遞。 盡管并網(wǎng)工作的光伏空調系統(tǒng)是實現(xiàn)光伏電池的有效能量利用的優(yōu)選方案，但現(xiàn)有的系統(tǒng) 存在成本高、重量重、體積大、轉換效率低等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供三相非隔離并網(wǎng)變換器及空調系統(tǒng)，以解決 現(xiàn)有技術中采用隔離變壓器導致系統(tǒng)成本高和轉換效率低的問題。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種三相非隔離并網(wǎng)變換器，所述變換器具有直流端 和第一至第三交流端，包括：第一和第二電容，所述第一和第二電容串聯(lián)連接在所述直流端 和地之間；第一至第三電感，所述第一至第三電感的第一端分別連接至所述第一至第三交 流端，第二端分別連接至第一至第三中間節(jié)點，其中第三節(jié)點是所述第一和第二電容的中 間節(jié)點；以及第一和第二開關，所述第一和第二開關的第一端分別連接至第一和第二節(jié) 點，第二端連接至所述直流端，第三端連接至所述地，第四端連接至所述第三節(jié)點，其中，所 述第一和第二開關選擇性地將第一端連接至第二至第四端之一。
[0006] 優(yōu)選地，所述第一開關包括：第一橋臂，包括依次串聯(lián)連接在所述直流端和所述地 之間的第一至第四開關管，其中第一和第二開關管組成上橋臂，第三和第四開關管組成下 橋臂；第一和第二二極管，所述第一和第二二極管串聯(lián)連接，并且所述第一二極管的陰極連 接至所述第一開關管和所述第二開關管的中間節(jié)點，所述第二二極管的陽極連接至所述第 三開關管和所述第四開關管的中間節(jié)點之間，所述第一和第二二極管的中間節(jié)點連接至所 述第三節(jié)點，所述第二開關包括：第二橋臂，包括依次串聯(lián)連接在所述直流端和所述地之間 的第五至第八開關管，其中第五和第六開關管組成上橋臂，第七和第八開關管組成下橋臂； 第三和第四二極管，所述第三和第四二極管串聯(lián)連接，并且所述第三二極管的陰極連接至 所述第五開關管和所述第六開關管的中間節(jié)點，所述第四二極管的陽極連接至所述第七開 關管和所述第八開關管的中間節(jié)點之間，所述第三和第四二極管的中間節(jié)點連接至所述第 三節(jié)點。
[0007] 優(yōu)選地，所述第一開關和所述第二開關在工作狀態(tài)分別處于以下三種電平狀態(tài)之 一：第一電平狀態(tài)，其中所述上橋臂的開關管導通，且所述下橋臂的開關管斷開；第二電平 狀態(tài)，其中所述上橋臂的開關管斷開，且所述下橋臂的開關管導通；以及第三電平狀態(tài)，其 中所述上橋臂和所述下橋臂相鄰的開關管導通，其余開關管斷開。
[0008] 優(yōu)選地，所述變換器工作于多個工作模式，在不同的工作模式中，所述第一開關和 所述第二開關的電平狀態(tài)的組合不同。
[0009] 優(yōu)選地，所述變換器在整流模式中采用電網(wǎng)的電能提供直流母線電壓，在逆變模 式中采用所述直流母線電壓為所述電網(wǎng)回饋電能。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種空調系統(tǒng)，包括：空調的壓縮機，采用直流母線 電壓供電，光伏供電裝置，將太陽能轉換成電能，以提供所述直流母線電壓；蓄電池充放電 裝置，在放電模式中采用蓄電池的電能提供所述直流母線電壓，在充電模式中采用所述直 流母線電壓為所述蓄電池充電；以及上述的變換器，所述壓縮機、所述光伏供電裝置、所述 蓄電池充放電裝置和所述變換器連接至公共的直流供電端，并且在所述直流供電端提供所 述直流母線電壓，所述空調系統(tǒng)選擇性地采用來自電網(wǎng)、太陽能和蓄電池的電能為空調的 壓縮機供電。
[0011] 優(yōu)選地，所述空調系統(tǒng)執(zhí)行以下的電能流動過程之一：當電網(wǎng)正常，且光線不足， 利用太陽能與電網(wǎng)混合為所述壓縮機及所述蓄電池供電；當電網(wǎng)正常，且光線充足或輕載 運行，利用太陽能為所述壓縮機供電以及向所述蓄電池充電并回饋電網(wǎng)；當電網(wǎng)出現(xiàn)異常， 且光線不足，利用所述蓄電池和太陽能聯(lián)合為所述壓縮機供電，或者控制所述壓縮機停止 工作；以及當電網(wǎng)出現(xiàn)異常，且光線充足或輕載運行，利用太陽能為所述壓縮機供電以及為 所述蓄電池充電，同時保持所述直流母線電壓的穩(wěn)定。
[0012] 優(yōu)選地，所述光伏供電裝置包括分布式的多個支路，每個支路包括：光伏電池組 件，從太陽能產(chǎn)生第一直流電壓；以及開關直流升壓電路，將第一直流電壓升高至第二直流 電壓，并進行太陽能最大功率點跟蹤，作為所述直流母線電壓，其中，所述多個支路的輸出 端共同連接至所述直流供電端。
[0013] 優(yōu)選地，所述多個支路的光伏電池組件分布在建筑的不同位置。
[0014] 優(yōu)選地，所述蓄電池充放電裝置具有連接至蓄電池輸出端的第一直流端和連接至 所述直流供電端的第二直流端，在放電模式中實現(xiàn)電流從第一直流端向第二直流端的流 動，以及將蓄電池的輸出電壓升高至所述直流母線電壓，在充電模式中實現(xiàn)電流從第二直 流端向第一直流端的流動，以及將所述直流母線電壓降低至蓄電池的充電電壓。
[0015] 優(yōu)選地，所述蓄電池充放電裝置包括：電感，其第一端連接至所述第一直流端；第 一和第二開關管，串聯(lián)連接在電感的第二端和地之間；第三和第四開關管，串聯(lián)連接在電 感的第二端和所述第二直流端之間；第一電容，連接在所述第一直流端和地之間；以及第 二電容，連接在所述第三和第四開關管的中間節(jié)點和所述第一和第二開關管的中間節(jié)點之 間。
[0016] 優(yōu)選地，所述第一開關管和所述第二開關管交錯導通且驅動信號相差180°相角， 所述第三開關管和所述第四開關管交錯導通且驅動信號相差180°相角，同時，所述第一 開關管和所述第四開關互補導通，所述第二開關管和所述第三開關管互補導通。
[0017] 優(yōu)選地，通過改變所述第一至第四開關管驅動信號的占空比，改變電感的電流方 向，使得所述蓄電池充放電裝置工作于放電模式和充電模式之一。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的實施例的三相非隔離并網(wǎng)變換器未包含變壓器，具有效率高、體積 小、重量輕和成本低等優(yōu)勢。由于變換器采用三電平變換器拓撲，從而在逆變模式中，可以 減少由無隔離變壓器帶來的漏電流以及由此產(chǎn)生的進網(wǎng)直流分量，從而可以提高并網(wǎng)供電 的電流質量，在整流模式中可以降低交流諧波電壓、電流，提高功率因數(shù)以及提高了變換器 的動態(tài)響應。進一步地，變換器中的開關管的承受電壓僅為直流母線電壓的二分之一，從而 可以減小開關管的電壓應力，可以提高整個變換器的耐壓等級。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的實施例的空調系統(tǒng)包含光伏供電裝置和蓄電池充放電裝置。所述空 調系統(tǒng)選擇性地采用來自電網(wǎng)、太陽能和蓄電池的電能為空調的壓縮機供電。由于蓄電池 充放電裝置的使用，該空調系統(tǒng)可以實現(xiàn)可調度不間斷供電，提高變換器的動態(tài)響應，以及 拓展功率等級，大大提升了系統(tǒng)容量。
[0020] 在優(yōu)選的實施例中，所述光伏供電裝置包括分布式的多個支路。可以適應當今光 伏系統(tǒng)與建筑有機結合的各種安裝方式，亦可最大限度的利用太陽能，克服支路間的功率 失配所導致的系統(tǒng)效率降低的缺點，同時最大限度的減少系統(tǒng)受單支路故障的影響，提高 了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。
[0021] 在優(yōu)選的實施例中，所述空調系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)電能協(xié)調控制策略執(zhí)行不同的電能流 動過程，從而可以采用高效雙?？刂扑惴▽崿F(xiàn)最大功率點跟蹤。
【附圖說明】
[0022] 通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和 優(yōu)點將更為清楚。
[0023] 圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術的光伏空調系統(tǒng)的拓撲結構圖。
[0024] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的光伏空調系統(tǒng)的示意性電路圖。
[0025] 圖3示出蓄電池充放電裝置中的開關管控制信號的時序圖。
[0026] 圖4示出根據(jù)發(fā)明的實施例的雙向變換器的等效電路圖。
[0027] 圖5a至5i示出根據(jù)發(fā)明的實施例的雙向變換器的各種工作模式的示意圖。<