(57)【要約】【課題】全体的な効率を向上させ、システムの体積を減少させる光起電力ソリッドステート変圧器の提供。【解決手段】本発明は、光起電力ソリッドステート変圧器、光起電力インバータシステム及び双方向高電圧変流器を提供し、光起電力ソリッドステート変圧器は、複数の単相モジュールとフィルタとを含み、単相モジュールは、複数の多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含む。多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器及びＡＣ/ＤＣモジュールを含む。具体的に、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は、少なくとも一つのＡＣ/ＤＣモジュールの出力端に接続され、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの出力端はカスケード接続され、複数の単相モジュールとフィルタは、スター結線又はデルタ結線によりオングリッドされる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力ソリッドステート変圧器であって、
複数の単相モジュールと、フィルタとを含み、前記単相モジュールは、複数の多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含み、
前記多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器、及びＡＣ/ＤＣモジュールを含み、
前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は、少なくとも一つの前記ＡＣ/ＤＣモジュールの出力端に接続され、
複数の前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの出力端はカスケード接続され、且つカスケード接続された第１の出力端を前記単相モジュールの第１の出力端とし、カスケード接続された第２の出力端を前記単相モジュールの第２の出力端とし、
前記単相モジュールの第１の出力端は、前記フィルタの入力端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の出力端は互いに接続されるか、又は前記単相モジュールの第２の出力端は前記フィルタの出力端に接続されることを特徴とする光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項２】
前記高周波変圧器は、絶縁電圧レベルが１０ＫＶ以上の変圧器であることを特徴とする請求項１に記載の光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項３】
前記フィルタは、Ｌフィルタ、ＬＣフィルタ、ＬＣＬフィルタ、及び高次フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項４】
前記ＤＣ/ＡＣモジュールは、フルブリッジＤＣ/ＤＣコンバータ、ハーフブリッジＤＣ/ＤＣコンバータ、ＬＣ共振ＤＣ/ＤＣコンバータ、ＬＬＣ共振ＤＣ/ＤＣコンバータ、及びデュアルアクティブＤＣ/ＤＣコンバータを含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項５】
前記ＡＣ/ＤＣモジュールは、フルブリッジ整流ＡＣ/ＤＣモジュール、フルブリッジ整流フィルタＡＣ/ＤＣモジュール、デュアルアクティブＡＣ/ＤＣモジュール、及びＣ-ＬＬＣ ＡＣ/ＤＣモジュールを含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項６】
前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールは、Ｈブリッジ型ＤＣ/ＡＣモジュールと、フィルタ型カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項７】
前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールに接続され、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールが信号のカスケード接続を行うように制御するためのコントローラと、
前記コントローラに接続され、前記コントローラの出力信号を予め設定されたバックグラウンドサーバに伝送するための通信モジュールと、
前記コントローラ接続され、前記光起電力ソリッドステート変圧器に給電するための電源とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項８】
前記多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータにおける一部の前記ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は、外部バッテリ又は光起電力モジュールに接続されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項９】
前記光起電力ソリッドステート変圧器の入力端に接続されるＭＰＰＴモジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力ソリッドステート変圧器。
【請求項１０】
光起電力インバータシステムであって、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光起電力ソリッドステート変圧器と、少なくとも一路の光起電力ストリングとＭＰＰＴモジュールとが直列接続される分岐路を含み、
前記光起電力ストリングは、複数の光起電力モジュールを含み、少なくとも二つの前記ＭＰＰＴモジュールは並列接続された後、前記光起電力ソリッドステート変圧器の直流入力端に接続されることを特徴とする光起電力インバータシステム。
【請求項１１】
双方向高電圧変流器であって、
複数の単相モジュールと、フィルタとを含み、前記単相モジュールは、複数のマルチポート双方向絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールとを含み、
前記マルチポート双方向絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、双方向ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器、及び双方向ＡＣ/ＤＣモジュールを含み、
前記カスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールの直流端は、少なくとも一つの前記双方向ＡＣ/ＤＣモジュールの直流端に接続され、
複数の前記カスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールの交流端はカスケード接続され、且つカスケード接続された第１の交流端を前記単相モジュールの第１の交流端とし、カスケード接続された第２の交流端を前記単相モジュールの第２の交流端とし、
前記単相モジュールの第１の交流端は前記フィルタの一端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の交流端は互いに接続されるか、又は前記単相モジュールの第２の交流端は前記フィルタの他端に接続されることを特徴とする双方向高電圧変流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新エネルギー発電の技術分野に関し、具体的に、光起電力ソリッドステート変圧器、光起電力インバータシステム及び双方向高電圧変流器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、通常の光起電力発電インバータシステムにおいて、光起電力モジュールは、１０００Ｖ又は１５００Ｖに直列接続され、ストリングインバータ又は集中インバータに接続されており、インバータは、数百Ｖの交流電圧（例えば、三相３１５Ｖ、３６０Ｖ、４００Ｖ、５５０Ｖなど）を出力し、且つパワー変圧器に接続され、当該パワー変圧器は、１０ＫＶ、２２ＫＶ、３５ＫＶ、１１０ＫＶを出力した後、電力網にオングリッドされる。
【０００３】
実際の太陽光発電所において、インバータとパワー変圧器は、一般的に、異なる製造業者から購入される。現場において、両方の間に一定の距離があり、ケーブルで接続する必要がある。接続ケーブルの使用により、施工の非標準化、ケーブル継手品質の問題などによる継手故障問題をもたらす一方、一定のパワー損失及びコスト増加をもたらす。
【０００４】
インバータとパワー変圧器とを集積化することは、現在光起電力発電インバータシステムの開発動向となっているが、パワー変圧器は、工業用周波数で作動し、銅や鉄などの大量の材料が必要となり、体積が増加してしまう。加えて、高い無負荷損失、直流オフセット、コアが飽和する際の調波の発生、電力網に投入される際の突入電流の発生、一次、二次高調波及び故障の相互伝達関連などの欠点もある。
【０００５】
一方、インバータとパワー変圧器とが集積化される構造の代わりにソリッドステート変圧器を採用し、ソリッドステート変圧器は、パワー半導体や、コンデンサ、インダクタなどの素子からなり、ＡＣ/ＤＣ、絶縁型ＤＣ/ＤＣ、及びＤＣ/ＡＣの三段を含み、但し、当該構造のシステム効率は低い（仮に、各段の効率が９９%であるとすると、３段のシステム効率は９７％未満である）。
【０００６】
以上のように、如何に、全体的な効率を向上させるとともにシステムの体積を減少させる光起電力ソリッドステート変圧器を提供するかは、当業者にとって解決すべき技術的問題となっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これに鑑み、本発明の実施例は、光起電力ソリッドステート変圧器を提供し、ＤＣ/ＤＣコンバータと、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを採用し、体積が減少し、且つＤＣ/ＤＣコンバータの効率が９９%よりも高く、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの効率が９９.５%よりも高いので、システムの作動効率は９８.５%よりも高く、ソリッドステート変圧器の全体的な効率を向上させる。
【０００８】
上記目的を実現するために、本発明の実施例は、以下の技術案を提供する。
光起電力ソリッドステート変圧器であって、
複数の単相モジュールと、フィルタとを含み、前記単相モジュールは、複数の多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含み、
前記多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器、及びＡＣ/ＤＣモジュールを含み、
前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は、少なくとも一つの前記ＡＣ/ＤＣモジュールの出力端に接続され、
複数の前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの出力端はカスケード接続され、且つカスケード接続された第１の出力端を前記単相モジュールの第１の出力端とし、カスケード接続された第２の出力端を前記単相モジュールの第２の出力端とし、
前記単相モジュールの第１の出力端は、前記フィルタの入力端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の出力端が互いに接続されるか、又は前記単相モジュールの第２の出力端が前記フィルタの出力端に接続される光起電力ソリッドステート変圧器。
【０００９】
好ましくは、前記高周波変圧器は、絶縁電圧レベルが１０ＫＶ以上の変圧器である。
【００１０】
好ましくは、前記フィルタは、Ｌフィルタ、ＬＣフィルタ、ＬＣＬフィルタ、及び高次フィルタを含む。
【００１１】
好ましくは、前記ＤＣ/ＡＣモジュールは、フルブリッジＤＣ/ＤＣコンバータ、ハーフブリッジＤＣ/ＤＣコンバータ、ＬＣ共振ＤＣ/ＤＣコンバータ、ＬＬＣ共振ＤＣ/ＤＣコンバータ、及びデュアルアクティブＤＣ/ＤＣコンバータを含む。
【００１２】
好ましくは、前記ＡＣ/ＤＣモジュールは、フルブリッジ整流ＡＣ/ＤＣモジュール、フルブリッジ整流フィルタＡＣ/ＤＣモジュール、デュアルアクティブＡＣ/ＤＣモジュール、及びＣ−ＬＬＣ ＡＣ/ＤＣモジュールを含む。
【００１３】
好ましくは、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールは、Ｈブリッジ型ＤＣ/ＡＣモジュールと、フィルタ型カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含む。
【００１４】
好ましくは、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールに接続され、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールが信号のカスケード接続を行うように制御するためのコントローラと、
前記コントローラに接続され、前記コントローラの出力信号を予め設定されたバックグラウンドサーバに伝送するための通信モジュールと、
前記コントローラ接続され、前記光起電力ソリッドステート変圧器に給電するための電源とをさらに含む。
【００１５】
好ましくは、前記多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータにおける一部の前記ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は、外部バッテリ又は光起電力モジュールに接続される。
【００１６】
好ましくは、前記光起電力ソリッドステート変圧器の入力端に接続されるＭＰＰＴモジュールをさらに含む。
【００１７】
光起電力インバータシステムであって、
上記のいずれか一項に記載の光起電力ソリッドステート変圧器と、少なくとも一路の光起電力ストリングとＭＰＰＴモジュールとが直列接続される分岐路を含み、
前記光起電力ストリングは複数の光起電力モジュールを含み、少なくとも二つの前記ＭＰＰＴモジュールは並列接続された後、前記光起電力ソリッドステート変圧器の直流入力端に接続される光起電力インバータシステム。
【００１８】
双方向高電圧変流器であって、
複数の単相モジュールと、フィルタとを含み、前記単相モジュールは複数のマルチポート双方向絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールとを含み、
前記マルチポート双方向絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、双方向ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器、及び双方向ＡＣ/ＤＣモジュールを含み、
前記カスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールの直流端は、少なくとも一つの前記双方向ＡＣ/ＤＣモジュールの直流端に接続され、
複数の前記カスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールの交流端はカスケード接続され、且つカスケード接続された第１の交流端を前記単相モジュールの第１の交流端とし、カスケード接続された第２の交流端を前記単相モジュールの第２の交流端とし、
前記単相モジュールの第１の交流端は前記フィルタの一端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の交流端が互いに接続されるか、又は前記単相モジュールの第２の交流端は前記フィルタの他端に接続される双方向高電圧変流器。
【００１９】
上記技術案に基づいて、本発明の実施例は光起電力ソリッドステート変圧器を提供し、複数の単相モジュールと、フィルタとを含み、単相モジュールは複数の多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含む。多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器及びＡＣ/ＤＣモジュールを含む。具体的に、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は少なくとも一つのＡＣ/ＤＣモジュールの出力端に接続され、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの出力端はカスケード接続され、カスケード接続された第１の出力端を前記単相モジュールの第１の出力端とし、カスケード接続された第２の出力端を前記単相モジュールの第２の出力端とする。単相モジュールの第１の出力端は前記フィルタの入力端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の出力端が互いに接続されるか、前記単相モジュールの第２の出力端は前記フィルタの出力端に接続される。このように、本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器は、ＤＣ/ＤＣコンバータ及びカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールを採用し、両方はいずれも簡単な論理スイッチであり、その体積が減少し、且つＤＣ/ＤＣコンバータの効率は９９%よりも高く、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの効率は９８.５%よりも高くなるので、ソリッドステート変圧器の全体的な効率を向上させる。
本発明の実施例及び従来技術の技術案をより明確に説明するために、以下実施例又は従来技術の記述において使用する必要がある図面を簡単に紹介し、もちろん、以下に記述の図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力をしない前提で、これらの図面に応じて他の図面を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術におけるソリッドステート変圧器の構造模式図である。
【図２】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器の構造模式図である。
【図３】本発明の実施例が提供する他の光起電力ソリッドステート変圧器の構造模式図である。
【図４ａ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＤＣ/ＡＣモジュールの構造模式図である。
【図４ｂ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＤＣ/ＡＣモジュールの他の構造模式図である。
【図４ｃ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＤＣ/ＡＣモジュールの他の構造模式図である。
【図４ｄ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＤＣ/ＡＣモジュールの他の構造模式図である。
【図４ｅ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＤＣ/ＡＣモジュールの他の構造模式図である。
【図５ａ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＡＣ/ＤＣモジュールの構造模式図である。
【図５ｂ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＡＣ/ＤＣモジュールの他の構造模式図である。
【図５ｃ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＡＣ/ＤＣモジュールの他の構造模式図である。
【図５ｄ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＡＣ/ＤＣモジュールの他の構造模式図。
【図５ｅ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるＡＣ/ＤＣモジュールの他の構造模式図である。
【図６ａ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの構造模式図である。
【図６ｂ】本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器におけるカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの他の構造模式図である。
【図７】本発明の実施例が提供する光起電力インバータシステムの構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
背景技術のように、インバータとパワー変圧器とを一体に集積化した装置の体積は大きい。そして、高い無負荷損失、直流オフセット、コアが飽和する際の調波の発生、電力網に投入される際の突入電流の発生、一次、二次高調波及び故障の相互伝達関連などの欠点もあり、従って、ソリッドステート変圧器は、急速に発展されている。
【００２２】
一般的に、図１に示すように、ソリッドステート変圧器は、ＡＣ/ＤＣ、絶縁型ＤＣ/ＤＣ及びＤＣ/ＡＣの三つの構成部分を含み、その中の各部分のエネルギー効率は約９９%であり、三つの部分を組み合わせたシステムのエネルギー効率は約９７%となる。このように、ソリッドステート変圧器のエネルギー効率が低く、従って、発明者は、光起電力インバータシステムにインバータを備え、インバータとソリッドステート変圧器とを組合せることにより、システム全体のエネルギー効率を向上させることを考えた。
【００２３】
図２を参照して、図２は、本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器の構造模式図であり、当該光起電力ソリッドステート変圧器は、複数の単相モジュール（図のＡ、Ｂ、Ｃ）と、フィルタとを含んでいる。なお、前記単相モジュールは、複数の多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含んでいる。前記多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器、及びＡＣ/ＤＣモジュールとを含んでいる。
【００２４】
具体的に、各多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータ及び複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールは、図のモジュール１０１に示すように、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は少なくとも一つの前記ＡＣ/ＤＣモジュールの出力端に接続されている。複数の前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの出力端はカスケード接続され、カスケード接続された第１の出力端をモジュール１０１の第１の出力端とし、カスケード接続された第２の出力端をモジュール１０１の第２の出力端とする。そして、複数のモジュール１０１はカスケード接続されて一つの単相モジュールを形成し、且つ前記単相モジュールの第１の出力端は前記フィルタの入力端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の出力端が互いに接続されるか、又は前記単相モジュールの第２の出力端は前記フィルタの出力端に接続されている。
【００２５】
このように、本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器は、ＤＣ/ＤＣコンバータ、及びカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールを採用し、両方とも簡単な論理スイッチであり、その体積が減少し、且つＤＣ/ＤＣコンバータの効率が９９%よりも高く、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュール効率は９９.５%よりも高く、従って、システムの作動効率は９８.５%よりも高く、ソリッドステート変圧器の全体的な効率を向上させる。
【００２６】
具体的に、図２に示すように、三つの単相モジュールとインバータはスター結線によりオングリッドされ、なお、単相モジュールのそれぞれは、第１の出力端と、第２の出力端とを有し、第１の出力端が一番目のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの一つの出力端であり、当該一番目のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの第２の出力端が二番目のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの第１の出力端に接続され、順にカスケード接続され、最後のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの第２の出力端を当該単相モジュールの第２の出力端とする。
【００２７】
そして、三つの単相モジュールの第２の出力端は互いに接続され、且つ、三つの単相モジュールの第１の出力端はそれぞれフィルタに接続され、フィルタによりオングリッドされる。
【００２８】
本実施例は、さらに、光起電力ソリッドステート変圧器における複数の単相構造の具体的接続関係を提供し、図３に示す。なお、当該光起電力ソリッドステート変圧器の構造は上記の実施例と同じであり、例えば、当該光起電力ソリッドステート変圧器は、複数の単相モジュール（図のＡ、Ｂ、Ｃ）と、フィルタとを含んでいる。その中、前記単相モジュールは、複数の多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含んでいる。前記多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータはＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器、及びＡＣ/ＤＣモジュールを含む。
【００２９】
具体的に、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は少なくとも一つの前記ＡＣ/ＤＣモジュールの出力端に接続されている。複数の前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの出力端はカスケード接続され、且つカスケード接続された第１の出力端を前記単相モジュールの第１の出力端とし、カスケード接続された第２の出力端を前記単相モジュールの第２の出力端とする。前記単相モジュールの第１の出力端は前記フィルタの入力端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の出力端が互いに接続されるか、又は、前記単相モジュールの第２の出力端は前記フィルタの出力端に接続されている。
【００３０】
但し、図２との相違点は、図３における三つの単相モジュールとインバータとはデルタ結線によりオングリッドされ、その中、各単相モジュールは第１の出力端と、第２の出力端とを有し、第１の出力端が一番目のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの一つの出力端であり、当該一番目のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの第２の出力端が二番目のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの第１の出力端に接続され、順に、カスケード接続され、最後のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの第２の出力端を当該単相モジュールの第２の出力端とする。
【００３１】
そして、三つの単相モジュールの第１の出力端は、それぞれフィルタの入力端に接続され、三つの単相モジュールの第２の出力端はそれぞれフィルタの出力端に接続され、次に、オングリッドされる。
【００３２】
具体的に、本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器は、ＤＣ/ＤＣコンバータ、及びカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの形態を採用し、なお、ＤＣ/ＤＣコンバータがアイソレーションの作用を果たし、且つＤＣ/ＤＣコンバータは簡単なソフトスイッチング構造であり、そのエネルギー効率は９９%以上に達し、従来のＡ/Ａ工業用周波数変圧器と比較して、効率が向上される。
【００３３】
また、ＤＣ/ＡＣモジュールはカスケード接続型のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールであり、そのスイッチング効率が低く、そのスイッチング損失が従来のインバータのスイッチング損失よりも低く、且つカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの出力電流が小さく、スイッチング導通損失も小さく、その効率が９９.５%に達する。ＤＣ/ＤＣコンバータとカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを組み合せると、そのシステムの効率は９８.５%以上に達し、従来のソリッドステート変圧器と比較して、全体的な効率を向上させる。
【００３４】
また、コンバータの周波数が高いほど、その体積が小さくなるので、一般的に、従来のインバータ方式では、絶縁変圧器の周波数は５０〜６０Ｈｚであるが、本発明の実施例が提供するソリッドステート変圧器の周波数は数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚであるので、当該光起電力ソリッドステート変圧器の体積を減少させる。
【００３５】
上記の実施例に加えて、本実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器において、幾つかの好ましい高周波変圧器、及びフィルタの具体的構造を提供し、例えば、前記高周波変圧器は、一次側、二次側が中高圧絶縁の変圧器であっもよく、具体的に、絶縁電圧レベルが１０ＫＶ以上の変圧器であってもよい。フィルタはＬフィルタ、ＬＣフィルタ、ＬＣＬフィルタ、高次フィルタなどであってもよい。
【００３６】
具体的に、図４ａ〜図４ｅに示すように、本実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器において、前記ＤＣ/ＡＣモジュールはフルブリッジＤＣ/ＤＣコンバータ、ハーフブリッジＤＣ/ＤＣコンバータ、ＬＣ共振ＤＣ/ＤＣコンバータ、ＬＬＣ共振ＤＣ/ＤＣコンバータ、及びデュアルアクティブＤＣ/ＤＣコンバータであってもよい。
【００３７】
また、本実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器において、前記ＡＣ/ＤＣモジュールは、様々な表現方式を有してもよく、図５ａ〜５ｅに示すように、当該ＡＣ/ＤＣモジュールは、フルブリッジ整流ＡＣ/ＤＣモジュール、フルブリッジ整流フィルタＡＣ/ＤＣモジュール、デュアルアクティブＡＣ/ＤＣモジュール、及びＣ-ＬＬＣ ＡＣ/ＤＣモジュールを含んでいる。
【００３８】
さらに、本実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器において、図６ａ〜図６ｂに示すように、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールは、ＨブリッジのＤＣ/ＡＣモジュール、フィルタ型のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールであってもよい。
【００３９】
上記の実施例に加えて、本実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器は、コントローラと、通信モジュールと、電源とをさらに含んでもよい。
【００４０】
なお、コントローラは、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールに接続され、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールが信号をカスケード接続するように制御するためのものである。
【００４１】
通信モジュールは、前記コントローラに接続され、前記コントローラの出力信号を予め設定されたバックグラウンドサーバに伝送するためのものである。
【００４２】
電源は、前記コントローラに接続され、前記光起電力ソリッドステート変圧器に給電するためのものである。
【００４３】
また、この光起電力ソリッドステート変圧器は、電圧、電流、温度を検出する検出モジュールなどをさらに含んでもよく、なお、コントローラは、ＣＰＵ、ＭＣＵ、ＤＳＰ、ＡＲＭ、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣなどのチップであってもよい。
【００４４】
また、本実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器は、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュール又はＤＣ/ＤＣコンバータにコントローラが含まれる形態を採用してもよく、例えば、カスケード接続Ｄ/Ａモジュールは、少なくとも一つのコントローラ、通信機能モジュール、電圧電流温度検出機能モジュール、補助電源などを含み、なお、前記システムコントローラの物理的実現形態はＣＰＵ、ＭＣＵ、ＤＳＰ、ＡＲＭ、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣチップを含むがこれに限定されず、前記カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールコントローラは、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールに対する制御を実現し、前記通信機能モジュールは、システムコントローラとの通信を実現し、前記電圧電流温度検出機能モジュールは、前記Ｈブリッジ型モジュールの入力電圧、電流、温度の検出などを実現する。
【００４５】
また、例えば、高圧絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、少なくとも一つのコントローラ、通信機能モジュール、電圧電流温度検出機能モジュール、補助電源などを含み、その中、前記システムコントローラ物理的実現形態はＣＰＵ、ＭＣＵ、ＤＳＰ、ＡＲＭ、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣチップを含むがこれに限定されず、前記コントローラは、主に、対応の接続ＤＣ/ＡＣモジュールコントローラー又はシステムコントローラと通信し、検出して得られた高圧絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータの状態を報告することを実現する。
【００４６】
また、本実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器において、前記多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータにおける一部の前記ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は、外部バッテリ又は光起電力モジュールに接続されている。
【００４７】
なお、本実施例において、光起電力ソリッドステート変圧器は、前記光起電力ソリッドステート変圧器の入力端に接続され、ＭＰＰＴ機能を実現するためのＭＰＰＴモジュールをさらに含んでもよい。このように、本実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器は、ＭＰＰＴモジュールを含んでもよく、当該ＭＰＰＴモジュールを含まなくてもよい。
【００４８】
上記実施例に加えて、図７に示すように、本実施例は、さらに、光起電力インバータシステムの構造模式図を提供し、当該光起電力インバータシステムは、上記のいずれか一項に記載の光起電力ソリッドステート変圧器と、少なくとも一路の光起電力ストリングとＭＰＰＴモジュールとが直列接続される分岐路を含む。
【００４９】
なお、前記光起電力ストリングは、複数の光起電力モジュールを含み、少なくとも二つの前記ＭＰＰＴモジュールは、並列接続された後、前記光起電力ソリッドステート変圧器の直流入力端に接続されている。
【００５０】
当該光起電力ソリッドステート変圧器システムの作動原理は、上記光起電力ソリッドステート変圧器の原理と同じであり、且つ、本実施例において、ＭＰＰＴモジュールは全部並列接続されてもよいし、一部が並列接続され、並列接続された分岐路は、光起電力ソリッドステート変圧器の入力端に接続されればよい。
【００５１】
なお、光起電力インバータシステムにＭＰＰＴモジュールが含まれる場合に、光起電力ソリッドステート変圧器は、ＭＰＰＴ機能を有しない変圧器を優先して選択し、もちろん、光起電力ソリッドステート変圧器はＭＰＰＴ機能を有する変圧器であってもよい。
【００５２】
また、この本実施例において、単相モジュールにおける多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータ、及びカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールはともに双方向のデバイスであってもよい。具体的に、本実施例は、双方向高電圧変流器を提供し、複数の単相モジュールと、フィルタを含み、前記単相モジュールは複数のマルチポート双方向絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールとを含んでおり、
前記マルチポート双方向絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、双方向ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器、及び双方向ＡＣ/ＤＣモジュールを含んでおり、
前記カスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールの直流端は、少なくとも一つの前記双方向ＡＣ/ＤＣモジュールの直流端に接続されており、
複数の前記カスケード接続双方向ＤＣ/ＡＣモジュールの交流端はカスケード接続され、且つカスケード接続された第１の交流端を前記単相モジュールの第１の交流端とし、カスケード接続された第２の交流端を前記単相モジュールの第２の交流端とし、
前記単相モジュールの第１の交流端は前記フィルタの一端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の交流端が互いに接続されるか、又は前記単相モジュールの第２の交流端は前記フィルタの他端に接続されている。
【００５３】
その作動原理については、上記実施例を参照し、ここで重複しない。
【００５４】
以上のように、本発明の実施例は光起電力ソリッドステート変圧器を提供し、複数の単相モジュールとフィルタとを含み、単相モジュールは複数の多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータと、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールとを含む。多出力絶縁型ＤＣ/ＤＣコンバータは、ＤＣ/ＡＣモジュール、高周波変圧器及びＡＣ/ＤＣモジュールを含む。具体的に、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの入力端は少なくとも一つのＡＣ/ＤＣモジュールの出力端に接続され、複数のカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの出力端はカスケード接続され、且つカスケード接続された第１の出力端を前記単相モジュールの第１の出力端とし、カスケード接続された第２の出力端を前記単相モジュールの第２の出力端とする。単相モジュールの第１の出力端は前記フィルタの入力端に接続され、複数の前記単相モジュールの第２の出力端が互いに接続されるか、又は前記単相モジュールの第２の出力端は前記フィルタの出力端に接続される。このように、本発明の実施例が提供する光起電力ソリッドステート変圧器は、ＤＣ/ＤＣコンバータ及びカスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールを採用し、両方はいずれも簡単な論理スイッチであり、その体積が減少し、且つＤＣ/ＤＣコンバータの効率は９９%よりも高く、カスケード接続ＤＣ/ＡＣモジュールの効率は９８.５%よりも高くなるので、ソリッドステート変圧器の全体的な効率を向上させる。
【００５５】
本明細書の各実施例は漸進的形態で記述し、他の実施例との相違点を強調して説明し、同じ又は類似した部分については、相互に参照すればよい。実施例に開示されている装置は、実施例に開示されている方法に対応するので、簡単に記述され、相関する部分について、方法についての説明を参照すればよい。
【００５６】
当業者として、本文において開示される実施例に記載された各例示のユニット及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、及び両者の結合によって実現できることが意識できる。ハードウェアとソフトウェアとの互換性を明確に説明するために、各例の構成及びステップは、上記説明において機能に従って一般的に説明されている。これらの機能がハードウェアで実行されるか、それともソフトウェアで実行されるかは、技術案の特定応用及び設計の制約条件によって決まる。当業者は、各特定の応用に対して、異なる方法を使って記載された機能を実現することができるが、このような実現は、本発明の範囲を超えていると理解されてはならない。
【００５７】
本文において開示される実施例に記載された方法又はアルゴリズムのステップは、直接に、ハードウェア、プロセッサーによって実行されるソフトウェアモジュール、又は両者の結合によって実施できる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、メモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ-Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ ）、ＰＲＯＭ (Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ-Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)、ＥＥＰＲＯＭ (Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ-ＲＯＭ、又は技術分野でよく知られている任意の他の形式の記憶媒体に内蔵されてもよい。
【００５８】
開示の実施例についての上記説明により、当業者は本発明を実現又は使用できる。これらの実施例についての様々な修正は、当業者にとって自明であり、本文で定義されている一般的原理は、本発明の精神又は範囲を逸脱しない限り、他の実施例において実現できる。従って、本発明は、本文に示すこれらの実施例に限定されるものではなく、本文に開示されている原理と新規な特点に一致する最も広い範囲に該当する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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