CN2012103817176A 一种双向的储能逆变器拓扑结构 1-9

(10)申请公布号 CN 103731061 A (43)申请公布日 2014.04.16 CN 103731061 A (21)申请号 201210381717.6 (22)申请日 2012.10.10 H02M 7/797(2006.01) (71)申请人 江苏固德威电源科技有限公司 地址 215000 江苏省苏州市高新技术产业开 发区昆仑山路 189 号 (72)发明人 方刚 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 曹毅 (54) 发明名称 一种双向的储能逆变器拓扑结构 (57) 摘要 本发明公开了一种双向的储能逆变器拓扑结 构， 包括直流直流交换部分、 直流交流交换部分和 滤波部分， 所述直流直流交换部分与第一电源、 第 二电源和第一电容连接， 所述第一电容接地， 直流 直流交换部分还与直流交流交换部分连接， 所述 直流交流交换部分与滤波部分连接， 所述滤波部 分与输出端连接。本发明通过增加或变更器件改 变二极管所处路径的单向导通特点， 即可进行能 量的双向流动， 同时采用两路及以上直流输入方 式， 实现对能量的灵活存储。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103731061 A CN 103731061 A 1/1 页 2 1. 一种双向的储能逆变器拓扑结构， 其特征在于 ： 包括直流直流交换部分 （1） 、 直流交 流交换部分 （2） 和滤波部分 （3） ， 所述直流直流交换部分 （1） 与第一电源 （VDC1） 、 第二电源 （VDC2） 和第一电容 （C1） 连接， 所述第一电容 （C1） 接地， 直流直流交换部分 （1） 还与直流交 流交换部分 （2） 连接， 所述直流交流交换部分 （2） 与滤波部分 （3） 连接， 所述滤波部分 （3） 与输出端 （Vout） 连接。 2. 根据权利要求 1 所述的一种双向的储能逆变器拓扑结构， 其特征在于 ： 所述滤波部 分 3 由第一电感 （L1） 、 第二电感 （L2） 和第二电容 （C2） 串联组成， 所述第二电容 （C2） 上并联 有输出端 （Vout） 。 3. 根据权利要求 1 所述的一种双向的储能逆变器拓扑结构， 其特征在于 ： 所述直流直 流交换部分 （1） 由第一变换部分 （DC/DC1） 和第二变换部分 （DC/DC2） 组成， 所述第一变换 部分 （DC/DC1） 与第一电源 （VDC1） 连接， 所述第二变换部分 （DC/DC2） 与第二电源 （VDC2） 连 接。 4. 根据权利要求 3 所述的一种双向的储能逆变器拓扑结构， 其特征在于 ： 所述第一变 换部分 （DC/DC1） 由二极管 （D1） 、 第三电容 （C3） 、 第三电感 （L3） 和开关管 （Q5） 组成， 所述第 三电容 （C3） 并联于第一电源 （VDC1） 上， 所述第三电感 （L3） 一端与第一电源 （VDC1） 正极连 接， 另一端分别于第五开关管 （Q5） 和二极管 （D1） 连接， 所述第五开关管 （Q5） 接地， 所述二 极管 （D1） 与第一电容 （C1） 串联。 5. 根据权利要求 3 所述的一种双向的储能逆变器拓扑结构， 其特征在于 ： 所述第二变 换部分 （DC/DC2） 由第四电容 （C4） 、 第四电感 （L4） 和两个开关管 （Q6、 Q7） 组成， 所述第四电 容 （C4） 与第二电源 （VDC2） 并联， 所述第四电感 （L4） 一端与第二电源 （VDC2） 正极连接， 另 一端分别与第六开关管 （Q6） 和第七开关管 （Q7） 连接， 所述第六开关管 （Q6） 接地， 所述第七 开关管 （Q7） 与第一电容 （C1） 串联。 6. 根据权利要求 3 所述的一种双向的储能逆变器拓扑结构， 其特征在于 ： 所述直流交 流交换部分 （2） 由四个开关管 （Q1、 Q2、 Q3、 Q4） 组成， 所述第二开关管 （Q2） 与第四开关管 （Q4） 串联， 并且并联于 （C1） 上， 所述第一开关管 （Q1） 与第三开关管 （Q3） 串联， 并且并联于 （C1） 上， 所述第二开关管 （Q2） 的 A 端与第二电感 （L2） 连接， 所述第一开关管 （Q1） 的 B 端 与第一电感 （L1） 连接。 权 利 要 求 书 CN 103731061 A 2 1/4 页 3 一种双向的储能逆变器拓扑结构 技术领域 0001 本发明涉及一种逆变器领域， 具体涉及一种双向的储能逆变器拓扑结构。 背景技术 0002 现阶段常见的一种逆变器电路组合结构 Boost+Fullbridge， 无论其是双 BOOST 输 入， 还是单 BOOST 输入， 因其前一级 BOOST 的主二极管 D1 的单向导通性， 只能实现 DC/AC 的 能量流动， 但无法实现 AC/DC 的能量流动， 或者一路 DC 到另一路 DC 的能量流动， 即无法实 现对具有能量存储功能的直流电源充电， 具有一定的使用局限性。 发明内容 0003 本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题， 提供一种双向的储能逆变器拓 扑结构， 本发明通过增加或变更器件改变二极管所处路径的单向导通特点， 即可进行能量 的双向流动， 同时采用两路及以上直流输入方式， 实现对能量的灵活存储。 0004 为实现上述技术目的， 达到上述技术效果， 本发明通过以下技术方案实现 ： 一种双向的储能逆变器拓扑结构， 包括直流直流交换部分、 直流交流交换部分和滤波 部分， 所述直流直流交换部分与第一电源、 第二电源和第一电容连接， 所述第一电容接地， 直流直流交换部分还与直流交流交换部分连接， 所述直流交流交换部分与滤波部分连接， 所述滤波部分与输出端连接。 0005 进一步的， 所述滤波部分由第一电感、 第二电感和第二电容串联组成， 所述第二电 容上并联有输出端。 0006 进一步的， 所述直流直流交换部分由第一变换部分和第二变换部分组成， 所述第 一变换部分与第一电源连接， 所述第二变换部分与第二电源连接。 0007 进一步的， 所述第一变换部分由二极管、 第三电容、 第三电感和开关管组成， 所述 第三电容并联于第一电源上， 所述第三电感一端与第一电源正极连接， 另一端分别于第五 开关管和二极管连接， 所述第五开关管接地， 所述二极管与第一电容串联。 0008 进一步的， 所述第二变换部分由第四电容、 第四电感和两个开关管组成， 所述第四 电容与第二电源并联， 所述第四电感一端与第二电源正极连接， 另一端分别与第六开关管 和第七开关管连接， 所述第六开关管接地， 所述第七开关管与第一电容串联。 0009 进一步的， 所述直流交流交换部分由四个开关管组成， 所述第二开关管与第四开 关管串联， 并且并联于上， 所述第一开关管与第三开关管串联， 并且并联于上， 所述第二开 关管的 A 端与第二电感连接， 所述第一开关管的 B 端与第一电感连接。 0010 本发明的有益效果是 : 1、 新电路拓扑， 可以实现逆变和能量存储两种工作模式， 并可灵活切换， 提高了该电路 拓扑的应用灵活性 ； 2、 新电路拓扑， 当需要由 AC/DC 对直流电源充电时， 同样具备交流输入 PFC 功能， 可以 提高输入功率因数 ； 说 明 书 CN 103731061 A 3 2/4 页 4 3、 新电路拓扑， 无论在DC/AC、 AC/DC或双向DC/DC工作模式下， 因未采用变压器隔离技 术， 其将具有很高的转换效率 ； 4、 新电路拓扑无论在逆变控制上或储能控制上和传统的控制方式没有本质区别， 都是 基于 BOOST、 BUCK 电路的基础， 数字化控制是很容易实现的。 0011 上述说明仅是本发明技术方案的概述， 为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施， 以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。 附图说明 0012 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本申请的一部分， 本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。在附图中 ： 图 1 是本发明的整体架构示意图 ； 图 2 是本发明的电路图 ； 图 3 是本发明的逆变模式示意图 ； 图 4 是本发明的第一储能模式示意图 ； 图 5 是本发明的第二储能模式示意图 ； 图 6 是本发明的第三储能模式示意图 ； 图 7 是本发明的储能逆变模式示意图。 0013 图中标号说明 ： 1、 直流直流交换部分， 2、 直流交流交换部分， 3、 滤波部分， D1、 二极 管， L1、 第一电感， L2、 第二电感， L3、 第三电感， L4、 第四电感， C1、 第一电容， C2、 第二电容， C3、 第三电容， C4、 第四电容， Q1、 第一开关管， Q2、 第二开关管， Q3、 第三开关管， Q4、 第四开关 管， Q5、 第五开关管， Q6、 第六开关管， Q7、 第七开关管， Vout、 输出端， VDC1、 第一电源， VDC2、 第二电源。 具体实施方式 0014 下面将参考附图并结合实施例， 来详细说明本发明。 0015 参照图 1 与图 2 所示， 一种双向的储能逆变器拓扑结构， 包括直流直流交换部分 1、 直流交流交换部分 2 和滤波部分 3， 所述直流直流交换部分 1 与第一电源 VDC1、 第二电源 VDC2和第一电容C1连接， 所述第一电容C1接地， 直流直流交换部分1还与直流交流交换部 分 2 连接， 所述直流交流交换部分 2 与滤波部分 3 连接， 所述滤波部分 3 与输出端 Vout 连 接。 0016 进一步的， 所述滤波部分 3 由第一电感 L1、 第二电感 L2 和第二电容 C2 串联组成， 所述第二电容 C2 上并联有输出端 Vout。 0017 进一步的， 所述直流直流交换部分 1 由第一变换部分 DC/DC1 和第二变换部分 DC/ DC2组成， 所述第一变换部分DC/DC1与第一电源VDC1连接， 所述第二变换部分DC/DC2与第 二电源 VDC2 连接。 0018 进一步的， 所述第一变换部分 DC/DC1 由二极管 D1、 第三电容 C3、 第三电感 L3 和开 关管 Q5 组成， 所述第三电容 C3 并联于第一电源 VDC1 上， 所述第三电感 L3 一端与第一电源 VDC1正极连接， 另一端分别于第五开关管Q5和二极管D1连接， 所述第五开关管Q5接地， 所 说 明 书 CN 103731061 A 4 3/4 页 5 述二极管 D1 与第一电容 C1 串联。 0019 进一步的， 所述第二变换部分 DC/DC2 由第四电容 C4、 第四电感 L4 和两个开关管 Q6、 Q7组成， 所述第四电容C4与第二电源VDC2并联， 所述第四电感L4一端与第二电源VDC2 正极连接， 另一端分别与第六开关管 Q6 和第七开关管 Q7 连接， 所述第六开关管 Q6 接地， 所 述第七开关管 Q7 与第一电容 C1 串联。 0020 进一步的， 所述直流交流交换部分 2 由四个开关管 Q1、 Q2、 Q3、 Q4 组成， 所述第二 开关管 Q2 与第四开关管 Q4 串联， 并且并联于 C1 上， 所述第一开关管 Q1 与第三开关管 Q3 串联， 并且并联于C1上， 所述第二开关管Q2的A端与第二电感L2连接， 所述第一开关管Q1 的 B 端与第一电感 L1 连接。 0021 本实施例的工作原理如下 ： 针对一般普通的 DC/DC+DC/AC 电路结构的特点， 因为二极管的单向导通特点， 基本上 只能进行能量的单向流动， 所以通过增加或变更器件改变二极管所处路径的单向导通特 点， 即可进行能量的双向流动， 同时采用两路及以上直流输入方式， 即可实现对能量的灵活 存储。其核心思想在于 ： 1) 采用两路及以上直流输入方式， 其中第一路直流输入工作于 BOOST 模式， 另一路工 作于双向 DC/DC 模式， 即 BOOST 或者 BUCK 模式 ； 2) 工作于双向 DC/DC 模式的那一路， 当需要将直流能量逆变成交流时， 其工作于 BOOST 模式， 当需要对该路的直流输入电源进行充电或能量存储时， 其工作于 BUCK 模式 ； 3) 当一路工作于BUCK模式时， 其输入端将变为输出端， 可由另一路通过BOOST升压后 为其提供能量来源， 或者由后一级 DC/AC 通过控制实现能量反向流动后提供 ； 4) 该拓扑能分别工作于三种模式 ： DC/DC/AC的逆变模式、 DC/DC或AC/DC的储能模式、 DC/DC/AC 和 DC/DC 的逆变加储能模式 ； 5) 电路结构变化后， 配合合理的驱动逻辑分配， 即可工作于电流源模式或电压源模 式， 实现对负载的稳定供电， 避免其中一路能量不足时， 导致整个系统无法工作的情况。 0022 如图 1 所示， 是本专利的主要电路结构， 分两部分组成 ： 一、 DC/DC 多路直流电压 变换部分， 其中一路可由 BOOST 电路构成， 其他路由双向 DC/DC 变换电路构成， 或者全部由 双向 DC/DC 电路构成 ； 二、 DC/AC 直流交流电压变换部分， 可以由任何能进行交流逆变的拓 扑结构构成， 比如全桥、 三电平、 H5、 H6、 Heric 桥等 ； 然后由第一电源 VDC1 接 PV Panel， 第 二电源 VDC2 接 Battery 为例， 进行介绍本发明的工作模式 ： 逆变模式 ： 工作方式和传统的方式一样， 两路前级DC/DC分别工作于BOOST模式， 后 级全桥逆变， 工作于 BUCK 模式 ； 实现 PV Panel 和 Battery 的能量从 DC 向 AC 的流动， 如图 3 所示。 0023 储能模式 ： 该模式实现对电池的充电管理， 又分为三种方式 ： A ： DC/DC 充电， 即由 PV Panel 给 Battery 充电， 一路 DC 工作于 BOOST 模式， 一路 DC 工 作于 BUCK 模式