三相非隔离并网变换器及空调系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电源电路，更具体地，涉及三相非隔离并网变换器及空调系统。
【背景技术】
[0002] 太阳能作为一种重要的可再生能源，其资源丰富清洁，是人类可持续发展能源战 略中的一个重要组成部分。在当今以环保为大前提背景下，如何将太阳能等可再生能源加 以利用，将其转化为电能或者热能，是目前空调领域比较热门的研究之一。目前，制约其发 展的除了提高光电转换效率外，发展高效的变换器结构和电能利用架构是可行的突破口。
[0003] 光伏空调系统利用光伏电池提供空调所需的一部分或全部电能。进一步地，光伏 空调系统还可以进一步并网供电，其中采用隔离变压器实现光伏电池向电网的电能传递。 尽管并网工作的光伏空调系统是实现光伏电池的有效能量利用的优选方案，但现有的系统 存在成本高、重量重、体积大、转换效率低等缺点。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供三相非隔离并网变换器及空调系统，以解决 现有技术中采用隔离变压器导致系统成本高和转换效率低的问题。
[0005] 根据本发明的一方面，提供一种三相非隔离并网变换器，所述变换器具有直流端 和第一至第三交流端，包括：第一和第二电容，所述第一和第二电容串联连接在所述直流端 和地之间；第一至第三电感，所述第一至第三电感的第一端分别连接至所述第一至第三交 流端，第二端分别连接至第一至第三中间节点，其中第三节点是所述第一和第二电容的中 间节点；以及第一和第二开关，所述第一和第二开关的第一端分别连接至第一和第二节 点，第二端连接至所述直流端，第三端连接至所述地，第四端连接至所述第三节点，其中，所 述第一和第二开关选择性地将第一端连接至第二至第四端之一。
[0006] 优选地，所述第一开关包括：第一桥臂，包括依次串联连接在所述直流端和所述地 之间的第一至第四开关管，其中第一和第二开关管组成上桥臂，第三和第四开关管组成下 桥臂；第一和第二二极管，所述第一和第二二极管串联连接，并且所述第一二极管的阴极连 接至所述第一开关管和所述第二开关管的中间节点，所述第二二极管的阳极连接至所述第 三开关管和所述第四开关管的中间节点之间，所述第一和第二二极管的中间节点连接至所 述第三节点，所述第二开关包括：第二桥臂，包括依次串联连接在所述直流端和所述地之间 的第五至第八开关管，其中第五和第六开关管组成上桥臂，第七和第八开关管组成下桥臂； 第三和第四二极管，所述第三和第四二极管串联连接，并且所述第三二极管的阴极连接至 所述第五开关管和所述第六开关管的中间节点，所述第四二极管的阳极连接至所述第七开 关管和所述第八开关管的中间节点之间，所述第三和第四二极管的中间节点连接至所述第 三节点。
[0007] 优选地，所述第一开关和所述第二开关在工作状态分别处于以下三种电平状态之 一：第一电平状态，其中所述上桥臂的开关管导通，且所述下桥臂的开关管断开；第二电平 状态，其中所述上桥臂的开关管断开，且所述下桥臂的开关管导通；以及第三电平状态，其 中所述上桥臂和所述下桥臂相邻的开关管导通，其余开关管断开。
[0008] 优选地，所述变换器工作于多个工作模式，在不同的工作模式中，所述第一开关和 所述第二开关的电平状态的组合不同。
[0009] 优选地，所述变换器在整流模式中采用电网的电能提供直流母线电压，在逆变模 式中采用所述直流母线电压为所述电网回馈电能。
[0010] 根据本发明的另一方面，提供一种空调系统，包括：空调的压缩机，采用直流母线 电压供电，光伏供电装置，将太阳能转换成电能，以提供所述直流母线电压；蓄电池充放电 装置，在放电模式中采用蓄电池的电能提供所述直流母线电压，在充电模式中采用所述直 流母线电压为所述蓄电池充电；以及上述的变换器，所述压缩机、所述光伏供电装置、所述 蓄电池充放电装置和所述变换器连接至公共的直流供电端，并且在所述直流供电端提供所 述直流母线电压，所述空调系统选择性地采用来自电网、太阳能和蓄电池的电能为空调的 压缩机供电。
[0011] 优选地，所述空调系统执行以下的电能流动过程之一：当电网正常，且光线不足， 利用太阳能与电网混合为所述压缩机及所述蓄电池供电；当电网正常，且光线充足或轻载 运行，利用太阳能为所述压缩机供电以及向所述蓄电池充电并回馈电网；当电网出现异常， 且光线不足，利用所述蓄电池和太阳能联合为所述压缩机供电，或者控制所述压缩机停止 工作；以及当电网出现异常，且光线充足或轻载运行，利用太阳能为所述压缩机供电以及为 所述蓄电池充电，同时保持所述直流母线电压的稳定。
[0012] 优选地，所述光伏供电装置包括分布式的多个支路，每个支路包括：光伏电池组 件，从太阳能产生第一直流电压；以及开关直流升压电路，将第一直流电压升高至第二直流 电压，并进行太阳能最大功率点跟踪，作为所述直流母线电压，其中，所述多个支路的输出 端共同连接至所述直流供电端。
[0013] 优选地，所述多个支路的光伏电池组件分布在建筑的不同位置。
[0014] 优选地，所述蓄电池充放电装置具有连接至蓄电池输出端的第一直流端和连接至 所述直流供电端的第二直流端，在放电模式中实现电流从第一直流端向第二直流端的流 动，以及将蓄电池的输出电压升高至所述直流母线电压，在充电模式中实现电流从第二直 流端向第一直流端的流动，以及将所述直流母线电压降低至蓄电池的充电电压。
[0015] 优选地，所述蓄电池充放电装置包括：电感，其第一端连接至所述第一直流端；第 一和第二开关管，串联连接在电感的第二端和地之间；第三和第四开关管，串联连接在电 感的第二端和所述第二直流端之间；第一电容，连接在所述第一直流端和地之间；以及第 二电容，连接在所述第三和第四开关管的中间节点和所述第一和第二开关管的中间节点之 间。
[0016] 优选地，所述第一开关管和所述第二开关管交错导通且驱动信号相差180°相角， 所述第三开关管和所述第四开关管交错导通且驱动信号相差180°相角，同时，所述第一 开关管和所述第四开关互补导通，所述第二开关管和所述第三开关管互补导通。
[0017] 优选地，通过改变所述第一至第四开关管驱动信号的占空比，改变电感的电流方 向，使得所述蓄电池充放电装置工作于放电模式和充电模式之一。
[0018] 根据本发明的实施例的三相非隔离并网变换器未包含变压器，具有效率高、体积 小、重量轻和成本低等优势。由于变换器采用三电平变换器拓扑，从而在逆变模式中，可以 减少由无隔离变压器带来的漏电流以及由此产生的进网直流分量，从而可以提高并网供电 的电流质量，在整流模式中可以降低交流谐波电压、电流，提高功率因数以及提高了变换器 的动态响应。进一步地，变换器中的开关管的承受电压仅为直流母线电压的二分之一，从而 可以减小开关管的电压应力，可以提高整个变换器的耐压等级。
[0019] 根据本发明的实施例的空调系统包含光伏供电装置和蓄电池充放电装置。所述空 调系统选择性地采用来自电网、太阳能和蓄电池的电能为空调的压缩机供电。由于蓄电池 充放电装置的使用，该空调系统可以实现可调度不间断供电，提高变换器的动态响应，以及 拓展功率等级，大大提升了系统容量。
[0020] 在优选的实施例中，所述光伏供电装置包括分布式的多个支路。可以适应当今光 伏系统与建筑有机结合的各种安装方式，亦可最大限度的利用太阳能，克服支路间的功率 失配所导致的系统效率降低的缺点，同时最大限度的减少系统受单支路故障的影响，提高 了系统的稳定性和灵活性。
[0021] 在优选的实施例中，所述空调系统根据系统电能协调控制策略执行不同的电能流 动过程，从而可以采用高效双模控制算法实现最大功率点跟踪。
【附图说明】
[0022] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和 优点将更为清楚。
[0023] 图1示出根据现有技术的光伏空调系统的拓扑结构图。
[0024] 图2示出根据本发明的实施例的光伏空调系统的示意性电路图。
[0025] 图3示出蓄电池充放电装置中的开关管控制信号的时序图。
[0026] 图4示出根据发明的实施例的双向变换器的等效电路图。
[0027] 图5a至5i示出根据发明的实施例的双向变换器的各种工作模式的示意图。<