功率变换装置及供电系统的制作方法

本技术涉及电源，尤其涉及一种功率变换装置及供电系统。

背景技术：

1、目前，储能系统主要采用图1所示的结构示意图。如图1所示，储能系统包括n个电池簇(即rack 1#、rack 2#、……、以及rack n#)、n个dc/dc变换器、正直流母线bus+、负直流母线bus-和dc/ac变换器。其中，上述n个dc/dc变换器中每个dc/dc变换器的输入端连接一个电池簇，上述n个dc/dc变换器的输出端均分别连接正直流母线bus+和负直流母线bus-。dc/ac变换器的输入端分别连接正直流母线bus+和负直流母线bus-。基于图1所示的储能系统的结构示意图可知，储能系统通过在每个电池簇的功率传输支路中设置其对应的dc/dc变换器，来均衡不同电池簇之间的剩余电量，使得各个电池簇能独立工作，从而解决多个电池簇并联所造成的电池簇之间剩余电量及电压失配的问题。

2、但是，在上述储能系统中，dc/dc变换器设置于电池簇功率传输支路，dc/dc变换器需要传输全部功率，导致dc/dc变换器的功率传输损耗较大。此外，dc/dc变换器的输入电压需要适配电池簇电压，导致dc/dc变换器的输入电压范围很宽，并且，dc/ac变换器的输入电压较高，dc/dc变换器的输出电压需要适配dc/ac变换器的输入电压，导致dc/dc变换器的输出电压较高，从而使得dc/dc变换器的电路成本较高。

技术实现思路

1、本技术提供了一种功率变换装置及供电系统，可降低功率变换装置的功率传输损耗和电路成本。

2、第一方面，本技术提供了一种功率变换装置，该功率变换装置包括输入端、第一dc/dc变换电路、第二dc/dc变换电路和输出端。其中，第一dc/dc变换电路的输入端和第二dc/dc变换电路的输入端连接后，与功率变换装置的输入端串联在正直流母线与负直流母线之间，正直流母线和负直流母线用于连接dc/ac变换器的输入端。第一dc/dc变换电路的输出端与第二dc/dc变换电路的输出端串联在正直流母线与负直流母线之间。功率变换装置的输出端分别连接正直流母线和负直流母线。

3、在本实施方式中，功率变换装置中两个dc/dc变换电路的输入端连接后与功率变换装置的输入端串联在正直流母线与负直流母线之间，因此，两个dc/dc变换电路只需补偿母线电压(即正直流母线与负直流母线之间的电压)与功率变换装置的输入端电压之间的压差即可，使得功率变换装置中每个dc/dc变换电路的输入侧电压较小，从而使得功率变换装置的传输功率较小，可有效降低功率变换装置的功率传输损耗。此外，功率变换装置中两个dc/dc变换电路的输出端串联在正直流母线与负直流母线之间，可使每个dc/dc变换电路的输出侧电压均小于母线电压，又由于每个dc/dc变换电路的输入侧电压较小，因此可有效降低上述两个dc/dc变换电路的电路成本，进而降低功率变换装置的电路成本，适用性强。

4、结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，第一dc/dc变换电路的输入端和第二dc/dc变换电路的输入端并联后，与功率变换装置的输入端串联在正直流母线与负直流母线之间。

5、在本实施方式中，由于功率变换装置的输入端与上述两个dc/dc变换电路中的任一dc/dc变换电路的输入端串联在正直流母线与负直流母线之间，因此，功率变换装置可以不仅适用于其输入端连接正直流母线的电路结构，也还可以适用于其输入端连接负直流母线的电路结构，功率变换装置的电路结构多样，灵活性高。

6、结合第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，第一dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，第二dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，功率变换装置的输入端包括第一输入端和第二输入端。其中，第一dc/dc变换电路的第一输入端连接正直流母线和第二dc/dc变换电路的第一输入端，第一dc/dc变换电路的第二输入端连接第二dc/dc变换电路的第二输入端和功率变换装置的第一输入端，功率变换装置的第二输入端连接负直流母线。

7、在本实施方式中，功率变换装置适用于其输入端连接负直流母线的应用场景。

8、结合第一方面第一种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，第一dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，第二dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，功率变换装置的输入端包括第一输入端和第二输入端。其中，功率变换装置的第一输入端连接正直流母线，功率变换装置的第二输入端连接第一dc/dc变换电路的第一输入端和第二dc/dc变换电路的第一输入端，第一dc/dc变换电路的第二输入端连接第二dc/dc变换电路的第二输入端和负直流母线。

9、在本实施方式中，功率变换装置适用于其输入端连接正直流母线的应用场景。

10、结合第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第三种可能的实施方式中的任一种，在第四种可能的实施方式中，功率变换装置还包括控制器，控制器用于控制第一dc/dc变换电路的输入端电压或者第二dc/dc变换电路的输入端电压达到第一电压，第一电压为母线电压与功率变换装置的输入端电压之间的差值。

11、在本实施方式中，功率变换装置通过控制上述两个dc/dc变换电路中任一dc/dc变换电路的输入端电压达到第一电压的方式，使得每个dc/dc变换电路的输入端电压比dc/dc变换电路输入端直接连接直流电源时dc/dc变换电路的输入端电压要小，从而使得功率变换装置的传输功率较小，可有效降低功率变换装置的功率传输损耗。

12、结合第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第三种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，功率变换装置还包括第一开关和控制器，第一dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，第一开关连接在第一dc/dc变换电路的第一输入端与第二输入端之间。控制器用于在功率变换装置的输入端电压大于或者等于预设电压阈值的情况下，说明功率变换装置无需补偿母线电压与其输入端电压之间的压差，则控制第一开关闭合。控制器还用于在功率变换装置的输入端电压小于预设电压阈值的情况下，控制第一开关断开，并控制第一dc/dc变换电路的输入端电压或者第二dc/dc变换电路的输入端电压达到第一电压，第一电压为母线电压与功率变换装置的输入端电压之间的差值。

13、在本实施方式中，功率变换装置在无需补偿母线电压与其输入端电压之间的压差的情况下，通过使第一开关闭合的方式，使功率变换装置的输入端与输出端直接连通，从而使第一dc/dc变换电路和第二dc/dc变换电路不工作，进而提高功率变换装置的功率传输效率。

14、结合第一方面，在第六种可能的实施方式中，第一dc/dc变换电路的输入端和第二dc/dc电路的输入端串联后，与功率变换装置的输入端串联在正直流母线与负直流母线之间。

15、在本实施方式中，由于功率变换装置中的两个dc/dc变换电路的输入端串联，相比两个dc/dc变换电路的输入端并联的结构，可使每个dc/dc变换电路的输入侧电压减小为两个dc/dc变换电路的输入端并联时每个dc/dc变换电路的输入侧电压的一半，也即每个dc/dc变换电路只需补偿母线电压与功率变换装置的输入端电压之间的压差的一半，因此，每个dc/dc变换电路的输入侧电压更小，从而使得功率变换装置的传输功率更小，可更大程度地降低功率变换装置的功率传输损耗。此外，每个dc/dc变换电路中可以选用耐压更低的器件，从而可进一步降低两个dc/dc变换电路的电路成本，进而进一步降低功率变换装置的电路成本，适用性更强。

16、结合第一方面第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，第一dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，第二dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，功率变换装置的输入端包括第一输入端和第二输入端。其中，第一dc/dc变换电路的第一输入端连接正直流母线，第一dc/dc变换电路的第二输入端连接第二dc/dc电路的第一输入端，第二dc/dc变换电路的第二输入端连接功率变换装置的第一输入端，功率变换装置的第二输入端连接负直流母线。

17、在本实施方式中，功率变换装置适用于其输入端连接负直流母线的应用场景。

18、结合第一方面第七种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，功率变换装置还包括第一开关和控制器，第一开关连接在第一dc/dc变换电路的第一输入端与功率变换装置的第一输入端之间。控制器用于在功率变换装置的输入端电压大于或者等于预设电压阈值的情况下，说明功率变换装置无需补偿母线电压与其输入端电压之间的压差，则控制第一开关闭合。控制器还用于在功率变换装置的输入端电压小于预设电压阈值的情况下，控制第一开关断开，并控制第一dc/dc变换电路的输入端电压与第二dc/dc变换电路的输入端电压之和达到第一电压，第一电压为母线电压与功率变换装置的输入端电压之间的差值。

19、在本实施方式中，功率变换装置在无需补偿母线电压与其输入端电压之间的压差的情况下，通过使第一开关闭合的方式，使功率变换装置的输入端与输出端直接连通，从而使第一dc/dc变换电路和第二dc/dc变换电路不工作，进而提高功率变换装置的功率传输效率。

20、结合第一方面第六种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，第一dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，第二dc/dc变换电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，功率变换装置的输入端包括第一输入端和第二输入端。其中，功率变换装置的第一输入端连接正直流母线，功率变换装置的第二输入端连接第一dc/dc变换电路的第一输入端，第一dc/dc变换电路的第二输入端连接第二dc/dc变换电路的第一输入端，第二dc/dc变换电路的第二输入端连接负直流母线。

21、在本实施方式中，功率变换装置适用于其输入端连接正直流母线的应用场景。

22、结合第一方面第九种可能的实施方式，在第十种可能的实施方式中，功率变换装置还包括第一开关和控制器，第一开关连接在功率变换装置的第二输入端与第二dc/dc变换电路的第二输入端之间。控制器用于在功率变换装置的输入端电压大于或者等于预设电压阈值的情况下，说明功率变换装置无需补偿母线电压与其输入端电压之间的压差，则控制第一开关闭合。控制器还用于在功率变换装置的输入端电压小于预设电压阈值的情况下，控制第一开关断开。

23、在本实施方式中，功率变换装置在无需补偿母线电压与其输入端电压之间的压差的情况下，通过使第一开关闭合的方式，使功率变换装置的输入端与输出端直接连通，从而使第一dc/dc变换电路和第二dc/dc变换电路不工作，进而提高功率变换装置的功率传输效率。

24、结合第一方面第七种可能的实施方式或第一方面第九种可能的实施方式，在第十一种可能的实施方式中，功率变换装置还包括第一开关、第二开关和控制器，第一开关连接在第一dc/dc变换电路的第一输入端与第二输入端之间，第二开关连接在第二dc/dc变换电路的第一输入端与第二输入端之间。控制器用于在功率变换装置的输入端电压大于或者等于预设电压阈值的情况下，说明功率变换装置无需补偿母线电压与其输入端电压之间的压差，则控制第一开关和第二开关均闭合。控制器还用于在功率变换装置的输入端电压小于预设电压阈值的情况下，控制第一开关和第二开关均断开，并控制第一dc/dc变换电路的输入端电压与第二dc/dc变换电路的输入端电压之和达到第一电压，第一电压为母线电压与功率变换装置的输入端电压之间的差值。

25、在本实施方式中，功率变换装置在无需补偿母线电压与其输入端电压之间的压差的情况下，通过使第一开关和第二开关闭合的方式，使功率变换装置的输入端与输出端直接连通，从而使第一dc/dc变换电路和第二dc/dc变换电路不工作，进而提高功率变换装置的功率传输效率。此外，在两个dc/dc变换电路的输入端串联时，可以通过控制一个开关或者两个开关提高功率变换装置的功率传输效率，功率变换装置的电路结构和控制方式多样，灵活性高。

26、结合第一方面第六种可能的实施方式、第一方面第七种可能的实施方式或第一方面九种可能的实施方式，在第十二种可能的实施方式中，功率变换装置还包括控制器。控制器用于控制第一dc/dc变换电路的输入端电压与第二dc/dc变换电路的输入端电压之和达到第一电压，第一电压为母线电压与功率变换装置的输入端电压之间的差值。

27、在本实施方式中，在上述两个dc/dc变换电路的输入端串联时，功率变换装置通过控制上述两个dc/dc变换电路的输入端电压之和达到第一电压的方式，使得每个dc/dc变换电路的输入端电压比上述两个dc/dc变换电路输入端并联时每个dc/dc变换电路的输入端电压要小，从而使得功率变换装置的传输功率更小，可有效进一步降低功率变换装置的功率传输损耗。

28、结合第一方面至第一方面第十二种可能的实施方式，在第十三种可能的实施方式中，功率变换装置包括控制器，控制器用于在第一dc/dc变换电路的第一输出电压与第二dc/dc变换电路的第二输出电压之间存在偏差的情况下，调整第一dc/dc变换电路的功率和/或第二dc/dc变换电路的功率，以使第一输出电压与第二输出电压之间的差值减小。

29、在本实施方式中，由于功率变换装置中两个dc/dc变换电路的输出端串联在正直流母线与负直流母线之间，因此，功率变换装置可以通过调节上述两个dc/dc变换电路的功率的方式，控制正母线电压与负母线电压之间平衡，即控制母线中点(即上述两个dc/dc变换电路的输出端连接处)平衡，从而解决非线性负载带来的母线中点偏移问题。

30、结合第一方面至第一方面第十三种可能的实施方式，在第十四种可能的实施方式中，功率变换装置还包括dc/ac变换器、正直流母线和负直流母线，其中，功率变换装置的输出端连接dc/ac变换器的输出端，dc/ac变换器的输入端分别连接正直流母线和负直流母线。

31、在本实施方式中，功率变换装置还可以实现直流电与交流电之间的转换，功能和电路结构多样，灵活性高。

32、结合第一方面第十四种可能的实施方式，在第十五种可能的实施方式中，dc/ac变换器的输入端包括第一输入端和第二输入端，其中，dc/ac变换器的第一输入端和第二输入端分别连接正直流母线和负直流母线。在本实施方式中，dc/ac变换器适用于两电平拓扑结构。

33、结合第一方面第十五种可能的实施方式，在第十六种可能的实施方式中，功率变换装置还包括直流中线，dc/ac变换器的输入端还包括第三输入端，其中，dc/ac变换器的第三输入端通过直流中线连接第一dc/dc变换电路的输出端与第二dc/dc变换电路的输出端的串联连接处。在本实施方式中，dc/ac变换器适用于三电平拓扑结构。

34、第二方面，本技术提供了一种供电系统，该供电系统包括n个第一方面第十四种可能的实施方式至第一方面第十六种可能的实施方式中任一种提供的功率变换装置，每个功率变换装置的输入端用于连接一个直流电源，功率变换装置的输出端用于连接交流电网或者负载，n为大于1的整数。

35、在本实施方式中，由于供电系统中每个功率变换装置中两个dc/dc变换电路的输入端串联或者并联后与其输入端串联在正直流母线与负直流母线之间，因此，每个功率变换装置的两个dc/dc变换电路只需补偿母线电压与自身所在的功率变换装置的输入端电压之间的压差即可，使得每个功率变换装置中每个dc/dc变换电路的输入侧电压较小，从而使得每个功率变换装置的传输功率较小，可有效降低每个功率变换装置的功率传输损耗，进而降低供电系统的功率传输损耗。此外，每个功率变换装置中两个dc/dc变换电路的输出端串联在正直流母线与负直流母线之间，可使每个dc/dc变换电路的输出侧电压均小于母线电压，又由于每个dc/dc变换电路的输入侧电压较小，因此可有效降低上述两个dc/dc变换电路的电路成本，进而降低每个功率变换装置的电路成本，以降低供电系统的电路成本，适用性强。

36、结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，直流电源为电池簇，供电系统还包括n个电池簇，n个电池簇分别连接n个功率变换装置的输入端。在本实施方式中，供电系统为储能系统，适用于储能供电场景。

37、第三方面，本技术提供了一种供电系统，该供电系统包括dc/ac变换器、dc/ac变换器对应的正直流母线和负直流母线、以及n个第一方面至第一方面第十三种可能的实施方式中任一种提供的功率变换装置，其中，每个功率变换装置的输入端用于连接一个直流电源，正直流母线和负直流母线连接dc/ac变换器的输入端，dc/ac变换器的输出端用于连接交流电网或者负载，n为大于1的整数。

38、在本实施方式中，由于供电系统中每个功率变换装置中两个dc/dc变换电路的输入端串联或者并联后与其输入端串联在正直流母线与负直流母线之间，因此，每个功率变换装置的两个dc/dc变换电路只需补偿母线电压与自身所在的功率变换装置的输入端电压之间的压差即可，使得每个功率变换装置中每个dc/dc变换电路的输入侧电压较小，从而使得每个功率变换装置的传输功率较小，可有效降低每个功率变换装置的功率传输损耗，进而降低供电系统的功率传输损耗。此外，每个功率变换装置中两个dc/dc变换电路的输出端串联在正直流母线与负直流母线之间，可使每个dc/dc变换电路的输出侧电压均小于母线电压，又由于每个dc/dc变换电路的输入侧电压较小，因此可有效降低上述两个dc/dc变换电路的电路成本，进而降低每个功率变换装置的电路成本，以降低供电系统的电路成本，适用性强。

39、结合第三方面，在第一种可能的实施方式中，功率变换装置的输出端包括第一输出端和第二输出端，dc/ac变换器的输入端包括第一输入端和第二输入端，其中，功率变换装置的第一输出端和第二输出端分别连接正直流母线和负直流母线，dc/ac变换器的第一输入端和第二输入端分别连接正直流母线和负直流母线。在本实施方式中，dc/ac变换器适用于两电平拓扑结构。

40、结合第三方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，供电系统还包括dc/ac变换器对应的直流中线，功率变换装置的输出端还包括第三输出端，dc/ac变换器的输入端还包括第三输入端。其中，功率变换装置的第三输出端连接第一dc/dc变换电路的输出端与第二dc/dc变换电路的输出端的串联连接处。功率变换装置的第三输出端和dc/ac变换器的第三输入端均连接直流中线。在本实施方式中，dc/ac变换器适用于三电平拓扑结构。

41、结合第三方面，在第三种可能的实施方式中，dc/ac变换器的数量为n个，n个dc/ac变换器对应n个正直流母线和n个负直流母线，n个dc/ac变换器与n个正直流母线一一对应，n个dc/ac变换器与n个负直流母线一一对应，n个dc/ac变换器与n个功率变换装置一一对应，n个dc/ac变换器中每个dc/ac变换器的输入端分别连接每个dc/ac变换器对应的正直流母线和负直流母线。

42、在本实施方式中，供电系统中dc/ac变换器的数量还可以为者多个，结构多样，灵活性高。

43、结合第三方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，功率变换装置的输出端包括第一输出端和第二输出端，每个dc/ac变换器的输入端包括第一输入端和第二输入端。其中，每个dc/ac变换器的第一输入端通过每个dc/ac变换器对应的正直流母线连接每个dc/ac变换器对应的功率变换装置的第一输出端，每个dc/ac变换器的第二输入端通过每个dc/ac变换器对应的负直流母线连接每个dc/ac变换器对应的功率变换装置的第二输出端。在本实施方式中，dc/ac变换器适用于两电平拓扑结构。

44、结合第三方面第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，供电系统还包括n个dc/ac变换器对应的n个直流中线，功率变换装置的输出端还包括第三输出端，每个dc/ac变换器的输入端还包括第三输入端。其中，功率变换装置的第三输出端连接第一dc/dc变换电路的输出端与第二dc/dc变换电路的输出端的串联连接处。每个dc/ac变换器的第三输入端通过每个dc/ac变换器对应的直流中线连接每个dc/ac变换器对应的功率变换装置的第三输出端，n个dc/ac变换器与n个直流中线一一对应。在本实施方式中，dc/ac变换器适用于三电平拓扑结构。

45、结合第三方面至第三方面第五种可能的实施方式中的任一种，在第六种可能的实施方式中，直流电源为电池簇，供电系统还包括n个电池簇，n个电池簇分别连接n个功率变换装置的输入端。在本实施方式中，供电系统为储能系统，适用于储能供电场景。