三电平功率转换系统和方法技术方案

一种系统，包括第一三电平功率转换器、逆变器、以及第二三电平功率转换器，该第一三电平功率转换器具有耦合到三电平电压总线装置的输出端子和用于与太阳能板阵列耦合的输入端子，该逆变器耦合在三电平电压总线装置与电网之间，该第二三电平功率转换器耦合在三电平电压总线装置与储能单元之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三电平功率转换系统和方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2018年11月26日提交的申请号为62/771,438、专利技术名称为“三电平功率转换系统和方法”的美国临时申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
本公开涉及一种三电平电源总线装置和方法，并且在特定实施例中，涉及一种用于在太阳能转换系统中传输能量的三电平电源总线装置和方法。
技术介绍
可再生能源包括太阳能、风能、潮汐能等。太阳能转换系统可以包括串联连接或并联连接的多个太阳能板。太阳能板的输出端可以生成可根据各种因素(例如一天中的时间、位置、以及太阳跟踪能力)变化的直流(dc)电压。为了调节太阳能板的输出，太阳能板的输出端可以耦合到直流/直流转换器，以在直流/直流转换器的输出端产生调节的输出电压。此外，太阳能板可以通过电池充电控制装置与备用电池系统连接。白天，备用电池通过太阳能板的输出端进行充电。当电力公用事业故障或太阳能板为离网电力系统时，备用电池为耦合到太阳能板的负载提供电力。由于大多数的应用可以设计为以120伏交流(ac)电运行，因此采用太阳能逆变器将光伏模块的可变直流输出转换为120伏交流电源。可以采用多个多电平逆变器拓扑来实现高功率以及从太阳能到公用电力的高效转换。特别地，可以使用一系列功率半导体开关，通过合成阶梯电压波形将多个低压直流电源转换为高功率交流输出，来实现高功率交流输出。多电平逆变器可以分为三类，即二极管钳位多电平逆变器、飞跨电容器多电平逆变器、以及级联H桥多电平逆变器。此外，多电平逆变器可以采用不同的脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，PWM)技术，例如正弦PWM(sinusoidalPWM，SPWM)、选择性谐波消除PWM、空间矢量调制等。多电平逆变器是用于诸如可再生电源的实用程序接口、柔性交流输电系统、中压电机驱动系统等高功率和中功率应用的通用功率拓扑。二极管钳位多电平逆变器通常称为三电平中性点钳位(neutralpointclamped，NPC)逆变器。三电平NPC逆变器需要两个串联的电容器耦合在输入直流总线之间。每个电容器充电到相等的电位。此外，三电平NPC逆变器可以包括四个开关元件和两个钳位二极管。钳位二极管有助于将开关元件上的电压应力降低到一个电容器电压水平。NPC逆变器利用阶梯波形来生成交流输出。这种阶梯波形类似于期望的正弦波形。因此，NPC逆变器的输出电压可以具有较低的总谐波失真(totalharmonicdistortion，THD)。此外，阶梯波形可以减小电压应力。因此，可以改善NPC逆变器的电磁兼容性(electromagneticcompatibility，EMC)性能。
技术实现思路
通过提供用于改善太阳能系统的性能的三电平电压总线的本公开的优选实施例，总体上解决或避免了这些问题和其他问题，并且总体上实现了技术优点。根据实施例，一种装置包括第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线。第一电压总线连接到多个三电平功率转换单元。第二电压总线连接到上述多个三电平功率转换单元。第三电压总线连接到上述多个三电平功率转换单元。第一电压总线和第三电压总线通过上述多个三电平功率转换单元中的至少一个三电平功率转换单元参考第二电压总线进行调节。上述多个三电平功率转换单元包括三电平升压转换器、三电平降压转换器、逆变器、以及电感-电感-电容器(inductor-inductor-capacitor，LLC)转换器，并且其中，三电平升压转换器、三电平降压转换器、逆变器、以及LLC转换器的输出/输入端子通过第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线连接在一起。三电平升压转换器连接在太阳能板阵列与第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线之间。三电平降压转换器连接在储能单元与第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线之间。逆变器连接在电网与第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线之间。LLC转换器连接在直流负载与第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线之间。储能单元是基于电池的储能单元。直流负载包括用于对电动车辆充电的充电器。在一些实施例中，逆变器是中性点钳位逆变器，并且其中，逆变器的中性点连接到第二电压总线。在替代实施例中，逆变器包括第一中性点钳位逆变器、第二中性点钳位逆变器、以及第三中性点钳位逆变器。第一中性点钳位逆变器通过第一星形-三角形变压器连接到三相电力系统的第一相。第二中性点钳位逆变器通过第二星形-三角形变压器连接到三相电力系统的第二相。第三中性点钳位逆变器通过第三星形-三角形变压器连接到三相电力系统的第三相。第一星形-三角形变压器、第二星形-三角形变压器、以及第三星形-三角形变压器的中性线连接到第二电压总线。在一些实施例中，上述多个三电平功率转换单元包括通过第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线连接在一起的第一三电平升压转换器、第二三电平升压转换器、逆变器、以及三电平降压转换器。在替代实施例中，上述多个三电平功率转换单元包括通过第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线连接在一起的第一LLC转换器、第二LLC转换器、逆变器、以及三电平升压转换器。在一些实施例中，上述多个三电平功率转换单元包括通过第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线连接在一起的LLC转换器、双输出LLC转换器、逆变器、以及三电平升压转换器。三电平升压转换器连接在双有源桥式转换器与第一电压总线、第二电压总线、以及第三电压总线之间。双输出LLC转换器的第一输出端和第二输出端堆叠在一起。双输出LLC转换器的第一输出端和第二输出端的公共节点连接到第二电压总线。根据另一实施例，一种方法包括通过第一三电平功率转换器从电源向三电平电压总线装置传输能量。该方法还包括通过逆变器从三电平电压总线装置向电网传输能量，以及通过第二三电平功率转换器在三电平电压总线装置与储能单元之间传输能量。该方法还包括：通过LLC功率转换器从三电平电压总线装置向负载传输能量；调节三电平电压总线装置的电压；以及将第二三电平功率转换器配置为用作双向功率转换器，以在三电平电压总线装置与储能单元之间传输能量。三电平电压总线装置包括：第一电压总线，第二电压总线、以及第三电压总线，第一电压总线，第二电压总线、以及第三电压总线连接到第一三电平功率转换器、第二三电平功率转换器、逆变器、以及LLC功率转换器，并且其中，参考第二电压总线调节第一电压总线和第三电压总线。第一三电平功率转换器是包括串联连接的四个开关的三电平升压转换器，并且其中，三电平升压转换器的四个开关的中点连接到第二电压总线。第二三电平功率转换器是包括串联连接的四个开关的三电平降压转换器，并且其中，三电平降压转换器的四个开关的中点连接到第二电压总线。逆变器是具有连接到第二电压总线的中性点的中性点钳位逆变器。LLC功率转换器包括串联连接的四个开关，并且其中，LLC功率转换器的四个开关的中点连接到第二电压总线。根据另一实施例，一种系统包括第一三电平功率转换器，该第一三电平功率转换器具有连接到三电平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n第一电压总线，耦合到多个三电平功率转换单元；/n第二电压总线，耦合到所述多个三电平功率转换单元；以及/n第三电压总线，耦合到所述多个三电平功率转换单元，其中，所述第一电压总线和所述第三电压总线通过所述多个三电平功率转换单元中的至少一个三电平功率转换单元参考所述第二电压总线进行调节。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181126 US 62/771,4381.一种装置，包括：
第一电压总线，耦合到多个三电平功率转换单元；
第二电压总线，耦合到所述多个三电平功率转换单元；以及
第三电压总线，耦合到所述多个三电平功率转换单元，其中，所述第一电压总线和所述第三电压总线通过所述多个三电平功率转换单元中的至少一个三电平功率转换单元参考所述第二电压总线进行调节。


2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述多个三电平功率转换单元包括三电平升压转换器、三电平降压转换器、逆变器、以及电感-电感-电容(LLC)转换器，并且其中，所述三电平升压转换器、所述三电平降压转换器、所述逆变器、以及所述LLC转换器的输出/输入端子通过所述第一电压总线、所述第二电压总线、以及所述第三电压总线耦合在一起。


3.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述三电平升压转换器耦合在太阳能板阵列与所述第一电压总线、所述第二电压总线、以及所述第三电压总线之间；
所述三电平降压转换器耦合在储能单元与所述第一电压总线、所述第二电压总线、以及所述第三电压总线之间；
所述逆变器耦合在电网与所述第一电压总线、所述第二电压总线、以及所述第三电压总线之间；以及
所述LLC转换器耦合在直流负载与所述第一电压总线、所述第二电压总线、以及所述第三电压总线之间。


4.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述储能单元是基于电池的储能单元；以及
所述直流负载包括用于对电动车辆充电的充电器。


5.根据权利要求3或4所述的装置，其中：
所述逆变器是中性点钳位逆变器，并且其中，所述逆变器的中性点耦合到所述第二电压总线。


6.根据权利要求3或4所述的装置，其中：
所述逆变器包括第一中性点钳位逆变器、第二中性点钳位逆变器、以及第三中性点钳位逆变器，并且其中：
所述第一中性点钳位逆变器通过第一星形-三角形变压器耦合到三相电力系统的第一相；
所述第二中性点钳位逆变器通过第二星形-三角形变压器耦合到所述三相电力系统的第二相；以及
所述第三中性点钳位逆变器通过第三星形-三角形变压器耦合到所述三相电力系统的第三相。


7.根据权利要求6所述的装置，其中：
所述第一星形-三角形变压器、所述第二星形-三角形变压器、以及所述第三星形-三角形变压器的中性线耦合到所述第二电压总线。


8.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述多个三电平功率转换单元包括通过所述第一电压总线、所述第二电压总线、以及所述第三电压总线耦合在一起的第一三电平升压转换器、第二三电平升压转换器、逆变器、以及三电平降压转换器。


9.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述多个三电平功率转换单元包括通过所述第一电压总线、所述第二电压总线、以及所述第三电压总线耦合在一起的第一LLC转换器、第二LLC转换器、逆变器、以及三电平升压转换器。


10.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述多个三电平功率转换单元包括通过所述第一电压总线、所述第二电压总线、以及所述第三电压总线耦合在一起的LLC转换器、双输出LLC转换器、逆变器...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱辉斌，戴和平，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44