功率变换系统的制作方法

本实用新型涉及一种功率变换系统，特别是涉及一种具有辅助电源的功率变换系统。

背景技术：

随着分布式发电技术的进步和直流用电设备的日益增多，对于低压直流配电的需求日益上升，采用工频隔离变压器的传统低压直流的配电方式，存在输电成本高、损耗大、轻载损耗高以及体积重量大等缺陷，已成为实现高功率密度和高效率智能电网的主要障碍。近年来，采用级联的拓扑结构已被普遍认为是功率转换技术的必然趋势。随着级联功率变换系统的发展，其应用越来越多样，且各种供电需求也越来越多样，相应的，对于功率变换系统的辅助供电的设计也提出了更多的挑战。目前现有技术中辅助电源一般从对应的主功率单元取电，主功率单元在启动时或者故障时无法为辅助电源供电。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的一目的在于提供一种功率变换系统，且辅助电源可以很好的满足功率变换系统的辅助供电需求。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种功率变换系统，其包括：主功率单元，包含多个功率变换模块，其中各个所述功率变换模块的输入端串联连接；以及第一辅助电源，设置在所述主功率单元之外，所述第一辅助电源包含至少一个第一辅助电源单元，所述第一辅助电源单元至少与一个所述功率变换模块电性连接并为其辅助供电，其中，每一所述第一辅助电源单元接收第一外部电源提供的第一电压，并输出第二电压至对应的所述功率变换模块，并且，并且每一所述第一辅助电源单元设置有多个输出端口，其中至少一输出端口电性连接至对应的所述功率变换模块。

在本实用新型的一实施例中，所述第一辅助电源包含多个第一辅助电源单元，与所述多个功率变换模块一一对应并为其辅助供电。

在本实用新型的一实施例中，所述第一辅助电源单元设置有多个输出端口，且所述多个输出端口分别连接不同的所述功率变换模块并为其辅助供电。

在本实用新型的一实施例中，每一所述功率变换模块包含第一子模块、第二子模块及变压器，所述第一子模块与所述变压器的一次侧绕组电性连接，所述第二子模块与所述变压器的二次侧绕组电性连接；并且，所述多个功率变换模块的所述第一子模块的输入端串联连接。

在本实用新型的一实施例中，所述第一辅助电源单元与所述第一子模块电性连接并为其辅助供电。

在本实用新型的一实施例中，所述的功率变换系统还包括：第二辅助电源，设置在所述多个功率变换模块之外，所述第二辅助电源的输入端电性连接第二外部电源，输出端电性连接至每一所述功率变换模块的所述第二子模块以为其辅助供电。

在本实用新型的一实施例中，所述第二辅助电源包含多个第二辅助电源单元，与所述功率变换模块的所述第二子模块一一对应地电性连接，其中每一所述第二辅助电源单元接收所述第二外部电源提供的第三电压，并输出第四电压至对应的所述功率变换模块的所述第二子模块。

在本实用新型的一实施例中，每一所述功率变换模块还包含控制单元，所述控制单元用于控制对应的所述功率变换模块的所述第一子模块；其中，每一所述第一辅助电源单元具有第一输出端口，所述第一输出端口电性连接至对应的所述功率变换模块的所述控制单元。

在本实用新型的一实施例中，每一所述功率变换模块还包含辅助电路，所述辅助电路与对应的所述功率变换模块的所述第一子模块电性连接，其中，每一所述第一辅助电源单元具有第二输出端口，所述第二输出端口电性连接至对应的所述功率变换模块的所述辅助电路。

在本实用新型的一实施例中，所述辅助电路为一充放电电路，且所述辅助电路由所述控制单元控制。

在本实用新型的一实施例中，所述的功率变换系统还包括：多个旁路单元，设置在所述多个功率变换模块之外，所述多个旁路单元与所述多个功率变换模块一一对应，并与对应的所述功率变换模块的所述第一子模块并联连接，其中，每一所述第一辅助电源单元具有第三输出端口，所述第三输出端口电性连接至对应的所述旁路单元。

在本实用新型的一实施例中，所述第二外部电源与所述第一外部电源为同一外部电源，且所述第一辅助电源的输入端与所述第二辅助电源的输入端并联连接至所述外部电源。

在本实用新型的一实施例中，所述第一辅助电源单元为隔离型变换电路。

在本实用新型的一实施例中，所述第一辅助电源单元为llc-dcx电路。

在本实用新型的一实施例中，所述功率变换系统包括多相主功率单元，每相主功率单元包括多个所述功率变换模块，其中，每相主功率单元的多个所述功率变换模块的输入端串联连接；并且，每一所述第一辅助电源单元分别电性连接至各相主功率单元对应的功率变换模块以分别为其辅助供电。

在本实用新型的一实施例中，所述每相主功率单元中的多个所述功率变换模块的输出端并联连接。

在本实用新型的一实施例中，所述多相主功率单元的输出端并联连接。

本实用新型的功率变换系统的辅助电源可很好的满足功率变换系统的辅助供电要求，且辅助电源的供电方式由外部电源提供，无需主功率回路的投入，即可实现系统调试、软件更新，尤其在主功率回路因故跳闸掉电后，可以确保系统的辅助电源供电不间断，提高系统的安全性、可靠性。

本实用新型的功率变换系统的辅助电源设置在功率变换模块之外，两者相互独立，一旦多个功率变换模块其中之一失效，只需要更换失效者即可。而且，本实用新型的功率变换系统的辅助电源还具备多个输出端口，可同时为多负载供电。

以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本实用新型的技术方案提供更进一步的解释。

附图说明

为让本实用新型的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为本实用新型的功率变换系统的结构示意图；

图2为本实用新型的功率变换系统的第一较佳实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的功率变换系统的第二较佳实施例的结构示意图；

图4为本实用新型的功率变换系统的第三较佳实施例的结构示意图；

图5为本实用新型的功率变换系统的第一辅助电源单元的一较佳的拓扑结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的叙述更佳详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本实用新型造成不必要的限制。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。

如图1所示，本实用新型的功率变换系统100可包括主功率单元10以及第一辅助电源20，其中主功率单元10包括多个功率变换模块11。在图1所示的实施例中，所述功率变换模块11是以n个为例，即包括功率变换模块1、功率变换模块2、……、功率变换模块n，其中各功率变换模块11的输入端串联连接，例如连接至r相。第一辅助电源20设置在主功率单元10之外，即这些功率变换模块11之外，并包含有至少一个第一辅助电源单元21，其中，第一辅助电源单元21至少与一个功率变换模块11电性连接并为其辅助供电。在一些实施例中，第一辅助电源20包含多个第一辅助电源单元21，例如n个，与功率变换模块11数量相同，这些第一辅助电源单元21一一对应地电性连接至这些功率变换模块11，用以为对应的功率变换模块11辅助供电。并且，每一第一辅助电源单元21接收第一外部电源30提供的第一电压，并输出第二电压至对应的功率变换模块11。

需说明的是，本实用新型中所谓的“外部电源”是指除功率变换模块、系统主功率回路之外的其他电源。并且，外部电源的选择灵活，外部电源可以是交流电、直流电，例如外部电源可以是交流电网、直流配电母线等等。

在本实用新型的一较佳实施例中，第一电压不同于第二电压。当然，可以理解的是，在其他实施例中，第一电压也可以与第二电压相同，这些并不作为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，每一第一辅助电源单元21可设置有至少一输出端口，且至少其中之一电性连接至对应的功率变换模块。在图1所示的实施例中，每一第一辅助电源单元上即示出了三个输出端口，例如包括输出端口21-1、21-2、21-3，并且其中一个输出端口21-1电性连接至对应的功率变换模块11，用以为其辅助供电，而其他输出端口21-2、21-3则可用以连接其他负载，用以为其他负载供电。当然，在其他实施例中，该输出端口的数量也可以为其他数量，这并不作为对本实用新型的限制。在本实用新型中，该第一辅助电源单元可为隔离型的辅助电源单元。

因此，相比于现有技术，本实用新型通过配置第一辅助电源20由外部电源(例如第一外部电源30)提供输入电压，可以不需要投入功率变换模块的主功率回路电源进行供电，因此功率变换模块可方便的进行系统程序更新、预调试等操作。另一方面，在一般情况下，主功率回路的电压等级相对辅助电源的电压等级会高很多，因此在程序更新及预调试环节，系统由较低电压等级的第一辅助电源供电，会具有更高的安全性和可靠性。而且，本实用新型中的第一辅助电源单元设置有多个输出端口，可同时为多负载供电。当功率变换模块的主功率回路电源切断后，本实用新型的第一辅助电源依然有电，能确保系统控制单元对各部件的状态可控。进一步的，本实用新型通过将第一辅助电源设置在功率变换模块之外，两者相互独立，一旦这些功率变换模块的其中之一失效，只需要更换失效者即可。相反的，若辅助电源设置在功率变换模块内部，部分单元失效后整体都需要更换。

下面将结合图2～图4的较佳实施例，进一步详细说明本实用新型的功率变换系统。

如图2所示，其示出了本实用新型的功率变换系统的第一较佳实施例的结构，与图1所示实施例的不同之处在于：在本实施例的功率变换系统200中，每一功率变换模块11还包含第一子模块111、第二子模块112及变压器113，第一子模块111与变压器113的一次侧绕组电性连接，第二子模块112与变压器113的二次侧绕组电性连接。其中，各功率变换模块11的第一子模块111的输入端串联连接。

进一步的，该功率变换系统200还包括第二辅助电源40，其设置在多个功率变换模块11(例如功率变换模块1～n)之外，并接收第二外部电源50提供的第三电压，并输出第四电压，其中第二辅助电源40电性连接至每一功率变换模块11的第二子模块112以为其辅助供电。

在本实施例中，第二辅助电源40的结构可与第一辅助电源30的结构相同，即可包含多个第二辅助电源单元(图中未示)，与多个功率变换模块11的第二子模块112一一对应地电性连接。其中，每一第二辅助电源单元接收第二外部电源50提供的第三电压，并输出第四电压至对应的功率变换模块11的第二子模块112。进一步的，在一些实施例中，第一辅助电源单元和第二辅助电源单元的电路拓扑可以相同。但本案不以此为限，第一辅助电源单元和第二辅助电源单元的电路拓扑也可以不相同。

在图2所示的实施例中，通过第一辅助电源20和第二辅助电源40均由外部电源提供输入电压，不需要投入主功率回路电源，即可方便并且随时可以进行系统程序更新、预调试。

如图3所示，其示出了本实用新型的功率变换系统的第二较佳实施例的结构，下面将具体介绍与图2所示实施例的不同之处。在本实施例中，功率变换系统300的主功率单元10的各功率变换模块11的输出并联连接，但本案不以此为限。

进一步的，每一功率变换模块11还包含控制单元114，控制单元114用于控制功率变换模块11中的第一子模块111的运作。每一第一辅助电源单元21具有第一输出端口211，第一输出端口211电性连接至相应的功率变换模块11的控制单元114为其提供辅助电源。

进一步的，每一功率变换模块11还进一步包含一个辅助电路115，辅助电路115与第一子模块111电性相连接，例如可为充放电电路，其既可以对第一子模块111的直流母线进行充电，也可以对其进行放电。其中，每一第一辅助电源单元21具有第二输出端口212，第二输出端口212电性连接至对应的功率变换模块11的辅助电路115为其提供辅助电源。在本实施例中，辅助电路115与控制单元114电性连接，控制单元114控制辅助电路115对直流母线进行充放电。

进一步的，功率变换系统300还包括有多个旁路单元60，例如n个，其设置在多个功率变换模块11(例如功率变换模块1～n)之外。其中，每一旁路单元60与对应的功率变换模块11的第一子模块111并联连接，且每一第一辅助电源单元21具有第三输出端口213，第三输出端口213电性连接至对应的旁路单元60，为旁路单元60供电。在本实施例中，旁路单元60例如可为可控开关。

在本实施例中，旁路单元60的供电来自于第一辅助电源20，与功率变换模块11及其主回路电源无关，因此在一个功率变换模块失效后，可通过旁路单元60及时可靠的将其旁路，不影响其他功率变换模块的运行。并且，旁路单元60设置在功率变换模块11之外，可方便地对失效的功率变换模块进行热插拔。

进一步的，在本实施例中，第二辅助电源40也由第一外部电源30进行供电，即第二外部电源与第一外部电源还可为同一外部电源，此时第一辅助电源20的输入端与第二辅助电源40的输入端并联连接至该外部电源(即第一外部电源30)。在本实施例中，第二辅助电源40的结构可与第一辅助电源20的结构相同，且第一辅助电源单元和第二辅助电源单元均可为隔离型变换电路。

在本实施例中，第一辅助电源单元21设置有多个输出端口(211、212、213)，从而可以同时分别为对应的旁路单元60以及功率变换模块11的控制单元114及辅助电路115供电，结构简单，方便可靠。

在一些实施例中，第一辅助电源单元21设置还可以有其他多个输出端口，多个输出端口分别连接不同的功率变换模块并为其辅助供电。

如图4所示，其示出了本实用新型的功率变换系统的第三较佳实施例的结构，与图2所示实施例的不同之处在于：本实施例的功率变换系统400为三相功率变换系统，即具有r相、s相和t相，每相具有一个主功率单元，例如包括主功率单元10-1、10-2、10-3，其是分别连接r相、s相、t相。其中，每相主功率单元10-1、10-2、10-3均包含有多个功率变换模块11(例如功率变换模块1～n)，且每相的这些功率变换模块1～n的输入端串联连接(例如，每一相的功率变换模块1～n的输入端串联连接后分别连接至r相、s相和t相以分别接收其输入电压)，每一相的功率变换模块1～n的输出端并联连接。在本实施例中，三相主功率单元10-1、10-2、10-3的输出端并联连接，但是本案不以此为限。并且，每一第一辅助电源单元21设置有至少三个输出端口，例如包括输出端口214、215、216，分别电性连接至各相的主功率单元10-1、10-2、10-3的对应的功率变换模块11以分别为其辅助供电。

虽然图4是以三相功率变换系统为例，但图4所示的结构同样也可以适用于两相功率变换系统。进一步的，可以理解的是，图4所示的功率变换系统400的结构也可以包含如图3所示的旁路单元60、控制单元114以及辅助电路115，每一第一辅助电源单元21可分别为对应的旁路单元60、控制单元114以及辅助电路115提供辅助电源。

如图5所示，其示出了本实用新型的第一辅助电源单元的一较佳的拓扑结构，即第一辅助电源单元为llc-dcx电路。其中，第一外部电源输入的第一电压(例如24vdc)，经过llc-dcx电路开环产生不稳定的输出电压(例如27-40vdc)，再经过buck电路输出稳定的第二电压(例如15vdc)。特别的，通过使用两级变压器隔离(或者一级固体绝缘变压器隔离)，可实现第一电压和第二电压之间满足中压绝缘要求，从而使得第一辅助电源可满足中压绝缘要求。当然，可以理解的是，本实用新型的该第二辅助电源单元与该第一辅助电源单元的结构可以相同。

本实用新型通过将辅助电源设置在功率变换模块之外，并均由外部电源(如市电)提供输入电压，可不受主功率回路电源投入和切除的影响，系统具有更高的安全性和可靠性。并且，本实用新型通过利用第一辅助电源单元接收第一外部电源提供的第一电压，并输出第二电压，且第二电压设置多个端口输出，可以为功率变换模块的旁路电路、第一子模块的控制单元及辅助电路辅助供电，也可以为两相及以上功率变换系统辅助供电，即具有多负载供电的优点。

本实用新型的应用领域包括但不限于：中高压电力电子变压器系统、并网逆变器系统、储能逆变器系统、带储能的新能源发电系统、由分布式发电单元、储能单元和本地负载等构成的微网系统等。

虽然本实用新型已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。