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基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的pwm逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)的制作方法

文檔序號:7302966閱讀:316來源:國知局
專利名稱:基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的pwm逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變電源的運(yùn)行模式切換方法,尤其是基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)。
背景技術(shù)
具有并網(wǎng)發(fā)電和獨(dú)立帶載運(yùn)行的逆變電源,其電路結(jié)構(gòu)通常包括基于高頻開關(guān)的PWM控制單相或三相逆變器PCU、電壓控制環(huán)、電流控制環(huán)、PWM波形生成環(huán)節(jié)、由電感電容構(gòu)成的LCL低通濾波器以及連接電網(wǎng)與逆變器的靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS。逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時為輸出電流控制環(huán)控制,在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時為輸出電壓控制環(huán)控制。兩種運(yùn)行模式的切換過程中輸出電壓與電流的波動將影響逆變器負(fù)載的供電質(zhì)量,尤其在電網(wǎng)突發(fā)故障時,逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程中。傳統(tǒng)的切換控制方法是在切換時先將靜態(tài)開關(guān)STS的驅(qū)動撤除,待電流自然下降到零時關(guān)斷,然后逆變電源轉(zhuǎn)到電壓控制獨(dú)立帶載運(yùn)行模式。這種方法使輸出電壓存在較長的失控時間,易引起負(fù)載電壓的較大擾動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù),以縮短輸出電壓失控時間,減小負(fù)載電壓擾動,實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立帶載運(yùn)行的無縫切換。
本發(fā)明的基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù),通過靜態(tài)切換開關(guān)連接電網(wǎng)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時為輸出電流控制模式,在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時為輸出電壓控制模式,其特征是從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程中,先將逆變器輸出控制從電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制,并封鎖靜態(tài)切換開關(guān)的驅(qū)動信號,同時控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態(tài)切換開關(guān)的電流迅速下降到零,逆變器輸出與電網(wǎng)脫離,從而平穩(wěn)地切換到獨(dú)立帶載運(yùn)行。
上述的PWM逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換控制,可以通過具有電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)和切換控制指令開關(guān)SW的微處理器及其軟件來實現(xiàn),當(dāng)SW為1時,逆變器運(yùn)行于輸出電流控制方式;當(dāng)SW為0時,逆變器運(yùn)行于輸出電壓控制方式。也可以通過具有電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)和上述切換控制邏輯的模擬數(shù)字混合電路來實現(xiàn)。
本發(fā)明的基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)簡單可行,實現(xiàn)了逆變器輸出從并網(wǎng)到獨(dú)立運(yùn)行的快速切換,并在切換過程中抑制了負(fù)載電壓的波動,切換時間僅為1ms左右,保證了負(fù)載供電的連續(xù)性。本發(fā)明適用于以MOSFET、IGBT以及其它半導(dǎo)體功率器件為開關(guān),采用各種形式PWM方法控制的三相或單相逆變電源,用于太陽能、風(fēng)力、燃料電池發(fā)電等各種并網(wǎng)與獨(dú)立運(yùn)行多功能電源系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明一種具體實現(xiàn)方法電路原理圖;圖2是本發(fā)明的運(yùn)行模式切換控制流程圖;圖3是采用本發(fā)明的逆變器從并網(wǎng)到獨(dú)立運(yùn)行切換前后的輸出電流和電壓波形圖;圖4是圖3中的b相各電壓電流在切換過程中(t0至t4時刻)波形的展開圖。
具體實施例方式
圖1所示實例,PWM逆變器輸出并網(wǎng)無縫切換采用微處理器的切換控制邏輯和切換控制指令開關(guān)SW實現(xiàn),電源系統(tǒng)包括基于高頻開關(guān)的PWM控制單相或三相逆變器PCU、由電感L1、L2、電容C構(gòu)成的低通濾波器、靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS和DSP微處理器,DSP微處理器中包括有獨(dú)立運(yùn)行的電壓控制環(huán)、并網(wǎng)運(yùn)行的電流控制環(huán)、PWM波形生成環(huán)節(jié)以及切換指令開關(guān)SW。本例中DSP微處理器采用TI公司的TMS320LF2407A。逆變器輸出經(jīng)過LCL低通濾波器連接到靜態(tài)切換開關(guān)STS,STS的另一端連接到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)PCC。濾波電容C電壓Vo和公共連接點(diǎn)PCC的電壓Vg,以及流經(jīng)電感L2的并網(wǎng)電流Ig通過反饋電路連接到DSP微處理器,經(jīng)DSP微處理器作信號處理后輸出PWM開關(guān)信號到逆變器,通過逆變器驅(qū)動放大后輸出。圖中Vs為電網(wǎng)電壓,Lg是電網(wǎng)線路電感。
逆變器獨(dú)立運(yùn)行的電壓(幅值)給定信號V*輸入到電壓控制環(huán)節(jié),首先與電網(wǎng)反饋信號Vg波形同步,生成交流電壓給定v*,再經(jīng)差分運(yùn)算與實際的輸出電壓反饋信號相減后,誤差信號經(jīng)PI(比例積分)調(diào)節(jié)得到電壓控制PWM生成給定信號uml,此信號連接到切換指令開關(guān)SW的0端;逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的電流(幅值)給定信號I2*輸入到電流控制環(huán)節(jié),首先與電網(wǎng)反饋信號Vg波形同步,生成交流電流給定i2*,再經(jīng)差分運(yùn)算與實際的輸出電流反饋信號相減后,誤差信號經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到電流控制PWM生成給定信號um2,此信號連接到切換指令開關(guān)SW的1端。切換指令開關(guān)選擇兩路輸入其中之一到PWM波形生成環(huán)節(jié),產(chǎn)生PWM開關(guān)信號,再輸出到逆變器。當(dāng)SW為1時,逆變器運(yùn)行于輸出電流控制方式;當(dāng)SW為0時,逆變器運(yùn)行于輸出電壓控制方式。
通過靜態(tài)切換開關(guān)STS連接電網(wǎng)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時為輸出電流控制模式,在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時為輸出電壓控制模式,運(yùn)行模式切換控制方法參見圖2,首先電源系統(tǒng)運(yùn)行于并網(wǎng)模式,控制邏輯檢查運(yùn)行模式切換條件,一旦滿足(Y)則進(jìn)入下一步運(yùn)行模式切換過程,否則(N)則繼續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行。本發(fā)明的特征是當(dāng)滿足切換條件,從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程時,先將逆變器輸出控制從電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制(SW由“1”位轉(zhuǎn)到“0”位),并封鎖靜態(tài)切換開關(guān)STS的驅(qū)動信號。同時根據(jù)逆變運(yùn)行模式控制逆變輸出電壓,即在逆變器發(fā)電運(yùn)行時降低輸出電壓,在逆變器整流運(yùn)行時提高輸出電壓,使電感L2的端電壓VL與電流Ig反向,迫使靜態(tài)切換開關(guān)的電流迅速下降到零,逆變輸出與電網(wǎng)脫離,稍經(jīng)延時后,逆變輸出回調(diào)至額定電壓幅值,從而切換到獨(dú)立地帶載運(yùn)行。
以三相為例的并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行切換過程輸出電壓(即電容電壓Vo)、電網(wǎng)電流Ig、電感L2電壓VL的波形如圖3和圖4所示。圖4是圖3中的b相各電壓電流在切換過程中(t0至t4時刻)波形的展開。圖中Vo、ig分別對應(yīng)圖3中b相逆變輸出電壓Vob和電網(wǎng)電壓Igb。
切換過程的逆變輸出電壓和電網(wǎng)電流波形分階段說明如下階段1(t0-t1)切換開始前,滿足電網(wǎng)電壓與電網(wǎng)電流同步要求,當(dāng)逆變電源并網(wǎng)發(fā)電時,電網(wǎng)電流Ig與電壓Vs同相。在t0時刻開始切換,SW由“1”位轉(zhuǎn)到“0”位,逆變控制由電流控制模式轉(zhuǎn)到電壓控制模式,并調(diào)節(jié)電壓幅值給定使輸出電壓Vo目標(biāo)值下降,促使電感L2的端電壓與電感電流反向并基本恒定。
階段2(t1-t2)電感L2電流(電網(wǎng)電流Ig)在電壓VL作用下快速下降,到t2時刻靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS電流為零。
階段3(t2-t3)靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS電流下降到零后,在一段時間內(nèi),繼續(xù)控制逆變輸出電壓幅值小于電網(wǎng)電壓,持續(xù)時間大于靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS的截止延時。
階段4(t3-t4)在t3時刻,靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS的斷流時間足以保證其承受反向電壓,逆變器控制輸出電壓目標(biāo)值回到標(biāo)準(zhǔn)給定值,到t4時刻,負(fù)載電壓回復(fù)正常。
權(quán)利要求
1.基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù),通過靜態(tài)切換開關(guān)連接電網(wǎng)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時為輸出電流控制模式,在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時為輸出電壓控制模式,其特征是從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程中,先將逆變器輸出控制從電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制,并封鎖靜態(tài)切換開關(guān)的驅(qū)動信號,同時控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態(tài)切換開關(guān)的電流迅速下降到零,逆變器輸出與電網(wǎng)脫離,從而平穩(wěn)地切換到獨(dú)立帶載運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù),其特征是所說的PWM逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換控制,可以通過具有電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)和切換控制指令開關(guān)SW的微處理器及其軟件來實現(xiàn),當(dāng)SW為1時,逆變器運(yùn)行于輸出電流控制方式;當(dāng)SW為0時,逆變器運(yùn)行于輸出電壓控制方式。
全文摘要
本發(fā)明公開的基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù),通過靜態(tài)切換開關(guān)連接電網(wǎng)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時為輸出電流控制模式,在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時為輸出電壓控制模式,在從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程中,先將逆變器輸出控制從電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制,并封鎖靜態(tài)切換開關(guān)的驅(qū)動信號,同時控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態(tài)切換開關(guān)的電流迅速下降到零,逆變器輸出與電網(wǎng)脫離,從而平穩(wěn)地切換到獨(dú)立帶載運(yùn)行。本發(fā)明方法簡單可行,切換快速,并在切換過程中抑制了負(fù)載電壓的波動,保證了負(fù)載供電的連續(xù)性。本發(fā)明適用于各種形式PWM方法控制的三相或單相逆變電源,可用于太陽能、風(fēng)力、燃料電池發(fā)電等各種并網(wǎng)與獨(dú)立運(yùn)行多功能電源系統(tǒng)。
文檔編號H02J3/38GK1728496SQ20051005076
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者沈國橋, 徐德鴻, 奚淡基 申請人:浙江大學(xué)
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