三相非隔離并網變換器及空調系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電源電路，更具體地，涉及三相非隔離并網變換器及空調系統。
【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，是人類可持續發展能源戰 略中的一個重要組成部分。在當今以環保為大前提背景下，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 展的除了提高光電轉換效率外，發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 空調系統還可以進一步并網供電，其中采用隔離變壓器實現光伏電池向電網的電能傳遞。 盡管并網工作的光伏空調系統是實現光伏電池的有效能量利用的優選方案，但現有的系統 存在成本高、重量重、體積大、轉換效率低等缺點。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題在于提供三相非隔離并網變換器及空調系統，以 解決現有技術中采用隔離變壓器導致系統成本高和轉換效率低的問題。
[0005] 根據本實用新型的一方面，提供一種三相非隔離并網變換器，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點，其中第三節點是所述第一和第二電容 的中間節點；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] 優選地，所述第一開關包括：第一橋臂，包括依次串聯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點之間，所述第一和第二二極管的中間節點連接至所 述第三節點，所述第二開關包括：第二橋臂，包括依次串聯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點之間，所述第三和第四二極管的中間節點連接至所述第 三節點。
[0007] 優選地，所述第一開關和所述第二開關在工作狀態分別處于以下三種電平狀態之 一：第一電平狀態，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，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，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的組合不同。
[0009] 優選地，所述變換器在整流模式中采用電網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回饋電能。
[0010] 根據本實用新型的另一方面，提供一種空調系統，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，所述空調系統選擇性地采用來自電網、太陽能和蓄電池的電能為空 調的壓縮機供電。
[0011] 優選地，所述空調系統執行以下的電能流動過程之一：當電網正常，且光線不足， 利用太陽能與電網混合為所述壓縮機及所述蓄電池供電；當電網正常，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；當電網出現異常， 且光線不足，利用所述蓄電池和太陽能聯合為所述壓縮機供電，或者控制所述壓縮機停止 工作；以及當電網出現異常，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定。
[0012] 優選地，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，串聯連接在電感的第二端和地之間；第三和第四開關管，串聯連接在電 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點和所述第一和第二開關管的中間節點之 間。
[0016] 優選地，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] 根據本實用新型的實施例的三相非隔離并網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生的進網直流分量，從而可以提高并網 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，提高功率因數以及提高了變 換器的動態響應。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] 根據本實用新型的實施例的空調系統包含光伏供電裝置和蓄電池充放電裝置。所 述空調系統選擇性地采用來自電網、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，該空調系統可以實現可調度不間斷供電，提高變換器的動態響應， 以及拓展功率等級，大大提升了系統容量。
[0020] 在優選的實施例中，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 失配所導致的系統效率降低的缺點，同時最大限度的減少系統受單支路故障的影響，提高 了系統的穩定性和靈活性。
[0021] 在優選的實施例中，所述空調系統根據系統電能協調控制策略執行不同的電能流 動過程，從而可以采用高效雙模控制算法實現最大功率點跟蹤。
【附圖說明】
[0022] 通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其它目 的、特征和優點將更為清楚。
[0023] 圖1示出根據現有技術的光伏空調系統的拓撲結構圖。
[0024] 圖2示出根據本實用新型的實施例的光伏空調系統的示意性電路圖。
[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示出根據實用新型的實施例的雙向變換器的等效電路圖。
[0027] 圖5a至5i示出根據實用新型的實施例的雙向變換器的各種工作模式的