帶pfc和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置采用H橋結(jié)構(gòu)，根據(jù)三相SVG的控制思路，采用Id、Iq獨(dú)立控制思想，充分考慮成本、電路復(fù)雜度、易開(kāi)發(fā)和調(diào)適性，被裝置采用ACDC和DCDC兩級(jí)變換器，整個(gè)電路只需要6只開(kāi)關(guān)管便可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，ACDC級(jí)完成和電網(wǎng)的換能，因?yàn)镠橋基本思想是BOOST電路，所以在220V單相用電中，H橋的輸出電壓VH一定大于311V，為了能夠滿(mǎn)足用戶(hù)多需求，增加一級(jí)雙向DCDC變換器，DCDC變換采用電流控制方式，可以實(shí)現(xiàn)輸出0～VH恒壓輸出，恒電流輸出，恒電流反饋電網(wǎng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為涉及電能治理領(lǐng)域動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方法和電源領(lǐng)域PFC矯正、電網(wǎng)領(lǐng)域逆變?nèi)刖W(wǎng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上電源較多為模擬電源，調(diào)試難度大，設(shè)備功能單一，市面上仍有很多電源產(chǎn)品未對(duì)PFC處理，導(dǎo)致給電網(wǎng)灌入無(wú)功和諧波，這些諧波和無(wú)功積少成多后嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。
[0003]為了解決PFC和提高電源效率，很多研究者提出各種各樣的電路拓?fù)?，但是大多?shù)僅僅基于研究，并未兼顧可開(kāi)發(fā)性和調(diào)試性、電源效率、功率因素、設(shè)備成本、無(wú)功和諧波補(bǔ)償能力、能量雙饋，下面就目前市場(chǎng)具有的拓?fù)溥M(jìn)行比較。
[0004]為了解決功率因數(shù)，有人提出有橋BOOST電路，其控制方法多為單周期積分控制，通過(guò)Uref給定和反饋Udc進(jìn)行PI后得到調(diào)節(jié)量Vint，Vint正脈寬內(nèi)積分值VM和Vint-1s*R(Is為入網(wǎng)電流，R電流采樣電阻)進(jìn)行比較獲得PWM波，該方法一般使用單周期積分集成芯片實(shí)現(xiàn)，外圍電路較繁雜，調(diào)試很困難，同時(shí)輸入端使用了整流硅堆，降低了電源效率同時(shí)也增了發(fā)熱量。
[0005]后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，僅用兩個(gè)BOOST橋并聯(lián)實(shí)現(xiàn)無(wú)橋PFC矯正，能夠提高電源效率，兩個(gè)BOOST橋交替
[0006]工作，更加有利于散熱，但是該電路拓?fù)涞哪芰恐荒軓腁C側(cè)流向DC測(cè)。
[0007]另外也有H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，該電路拓?fù)潆娐泛?jiǎn)潔，損耗低，但有些拓?fù)渫ㄟ^(guò)變壓耦合輸出，不僅成本增加，變壓容易發(fā)熱，是設(shè)備效率降低。
[0008]本發(fā)明也采用H橋結(jié)構(gòu)，根據(jù)三相SVG的控制思路，采用Id、Iq獨(dú)立控制思想，充分考慮成本、電路復(fù)雜度、易開(kāi)發(fā)和調(diào)適性，被裝置采用A⑶C和D⑶C兩級(jí)變換器，整個(gè)電路只需要6只開(kāi)關(guān)管便可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，ACDC級(jí)完成和電網(wǎng)的換能，因?yàn)镠橋基本思想是BOOST電路，所以在220V單相用電中，H橋的輸出電壓VH —定大于31IV，為了能夠滿(mǎn)足用戶(hù)多需求，增加一級(jí)雙向DCDC變換器，DCDC變換采用電流控制方式，可以實(shí)現(xiàn)輸出O?VH恒壓輸出，恒電流輸出，恒電流反饋電網(wǎng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)輸出O?VH恒壓輸出，恒電流輸出，恒電流反饋電網(wǎng)的帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0011]帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置，其特征在于包括:
[0012]隔離變壓器:對(duì)后級(jí)輸出進(jìn)行隔離；
[0013]AC/DC變換器:A⑶C變換器采用H橋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)和電網(wǎng)的有功能量交換和無(wú)功的補(bǔ)償；
[0014]DC/DC變換器:雙向DC/DC變換器采用半橋結(jié)構(gòu)，以電流為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)輸出O?VH恒壓輸出，恒電流輸出，恒電流反饋電網(wǎng)；
[0015]控制單元:控制PWM輸出；
[0016]A⑶C驅(qū)動(dòng):驅(qū)動(dòng)A⑶C變換器的IGBT
[0017]A⑶C采集單元:對(duì)采集目標(biāo)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，采集單相電網(wǎng)電壓、入網(wǎng)電流、AD⑶輸出電壓和負(fù)載電流；
[0018]D⑶C驅(qū)動(dòng):驅(qū)動(dòng)D⑶C變換器的IGBT
[0019]D⑶C采集單元:采集ECDC輸出電流、D⑶C輸出電壓；
[0020]輔電單元:實(shí)現(xiàn)給驅(qū)動(dòng)單元、采集單元、控制單元和人機(jī)接口進(jìn)行供電；
[0021 ] 通過(guò)H橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行前級(jí)AC/DC換能，入網(wǎng)的有功電流id，無(wú)功電流i,進(jìn)行獨(dú)立控制，通過(guò)檢測(cè)負(fù)載電流對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功和諧波治理，AC/DC變換器后端DC/DC變換器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置能量雙向進(jìn)行，DCDC級(jí)運(yùn)行在恒壓輸出模式、恒流輸出模式、恒流饋網(wǎng)模式中的任一模式，實(shí)現(xiàn)能量自由交換。
[0022]上述技術(shù)方案中，對(duì)入網(wǎng)電流進(jìn)行、、獨(dú)立控制，對(duì)A⑶C的輸出電壓和給定Uref進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)量作為id指令進(jìn)行有功控制，如果對(duì)AC用電負(fù)載進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理，此時(shí)，設(shè)備采集負(fù)載電流，將負(fù)載的減去基波后的有功電流id電流疊加到id指令中，負(fù)載的無(wú)功電流i,加到i,指令進(jìn)行無(wú)功和諧波的補(bǔ)償。
[0023]上述技術(shù)方案中，DC/DC變換器包括上管T5，下管T6，上管T5與下管T6連接端通過(guò)電感L2引出為輸出端，輸出端通過(guò)電容CL接下管T6，DC/DC變換器的量輸入端通過(guò)電容CH連接。
[0024]上述技術(shù)方案中，恒電流輸出模式下，上管T5導(dǎo)通后在L2電抗上正向儲(chǔ)能，上管T5斷開(kāi)后，電感L2電流通過(guò)下管T6反并二極管續(xù)流，能量傳遞到低壓側(cè)，該模式下下管T6不起作用，該電路等效為BUCK電路，通過(guò)電流PI調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電流的穩(wěn)定輸出。
[0025]恒電流饋網(wǎng)模式下，下管T6導(dǎo)通后在L2上反向儲(chǔ)能，下管T6斷開(kāi)后，L2電流通過(guò)上管T5反并二極管續(xù)流，能量饋送到高壓側(cè)，該模式下下管T5不起作用，該電路等效為BOOST電路,通過(guò)電流PI調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電流的穩(wěn)定反饋；
[0026]恒電壓模式下，D⑶C變換器交替工作在BUCK狀態(tài)和BOOST狀態(tài)下，通過(guò)電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。
[0027]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?zhí)岚赣泻渭夹g(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0028]1、本發(fā)明從成本、可開(kāi)發(fā)和調(diào)試性、設(shè)備效率、FPC電源的基本要求角度出發(fā)，采用ACDC和DCDC兩級(jí)變換器，整個(gè)電路只需要6只開(kāi)關(guān)管便可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，電路拓?fù)湟?jiàn)附圖3，ACDC級(jí)完成和電網(wǎng)的換能，DCDC實(shí)現(xiàn)直流電壓輸出控制和電流出入控制，電路簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。
[0029]2、可以實(shí)現(xiàn)三種工作模式:恒電壓輸出，恒電流流輸出，恒電流饋網(wǎng)，用戶(hù)不僅可以用電，依可利用該裝置發(fā)電入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電，減輕電網(wǎng)壓力，給電網(wǎng)公司和用電客戶(hù)都來(lái)效益。
[0030]3、該發(fā)明除了能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自身的PFC矯正外，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)無(wú)功和諧波補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)分布式就地補(bǔ)償，降低入戶(hù)線(xiàn)損。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0032]圖2為本發(fā)明的應(yīng)用圖。
[0033]圖3為電路結(jié)果拓?fù)洹?br> [0034]圖4為D⑶C工作電流輸出模式下，電流儲(chǔ)能示意圖。
[0035]圖5為D⑶C工作電流輸出模式下，電流續(xù)流示意圖。
[0036]圖6為D⑶C工作電流反饋模式下，電流儲(chǔ)能示意圖。
[0037]圖7為D⑶C工作電流反饋模式下，電流續(xù)流示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]1、裝置:
[0039]帶PF C和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)碾p向數(shù)字電源裝置，包括隔離變壓器(I)、輔電單元(2)、A⑶C變換器(3)、A⑶C驅(qū)動(dòng)(4)、A⑶C采集單元(5)、D⑶C變換器(6)、D⑶C驅(qū)動(dòng)(7)、D⑶C采集單元(8)、控制單元(9)、人機(jī)接口(10)，裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
[0040]帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置通過(guò)H橋進(jìn)行前級(jí)A⑶C換能，入網(wǎng)的有功電流id，無(wú)功電流i,進(jìn)行獨(dú)立控制，可以通過(guò)檢測(cè)負(fù)載電流對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功和諧波治理，由于A(yíng)CDC輸出電壓必須高于電網(wǎng)，于是在后端增加了一級(jí)DCDC變換器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置能量可雙向進(jìn)行，DCDC級(jí)可多模式工作，可以運(yùn)行在恒壓輸出模式、恒流輸出模式、恒流饋網(wǎng)模式，實(shí)現(xiàn)能量自由交換，該裝置功能齊備，應(yīng)用寬泛。
[0041]2、方法
[0042](I)輔電單元，實(shí)現(xiàn)給驅(qū)動(dòng)單元、采集單元、控制單元和人機(jī)接口進(jìn)行供電。
[0043](2)隔離變壓器，如果不加隔離變壓器輸出為浮地，使用時(shí)容易發(fā)生事故，通過(guò)變壓器進(jìn)行隔離，如果有人員被短接在+_極，設(shè)備可通過(guò)檢測(cè)過(guò)流及時(shí)保護(hù)人生安全和設(shè)備安全。
[0044](3) A⑶C變換器、A⑶C驅(qū)動(dòng)、A⑶C采集單元，實(shí)現(xiàn)和電網(wǎng)的換能，對(duì)輸入電壓采集量進(jìn)行電網(wǎng)鎖相，對(duì)入網(wǎng)電流進(jìn)行id iq獨(dú)立控制，對(duì)A⑶C的輸出電壓和給定Uref進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)量作為id指令進(jìn)行有功控制，如果用戶(hù)需要對(duì)自己的AC用電負(fù)載進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理，可選擇啟動(dòng)補(bǔ)償模式，此時(shí)，設(shè)備采集負(fù)載電流，將負(fù)載的減去基波后的有功電流id電流疊加到id指令中，負(fù)載的無(wú)功電流i,加到i,指令進(jìn)行無(wú)功和諧波的補(bǔ)償。
[0045]Id Iq分離方法公式推導(dǎo):
[0046]電流傅里葉方程式(I)

OO
i = YjIsin(mvr) + Iψι cos(ιη\?))
Γ ?
L」COjnwt _0-jnwtjnwt , -jnwt
=Σ ? ^ ^^^ + hn ^^~^CD
n=lL
[0048]1:總電流
[0049]w:電網(wǎng)角頻率
[0050]Idn:總電流中(η-l)次諧波正序分量
[0051]Iqn:總電流中(η-l)次諧波負(fù)序分量
[0052]用sin(wt)旋轉(zhuǎn)后得到式(2)

【權(quán)利要求】
1.帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置，其特征在于包括: 隔離變壓器:對(duì)后級(jí)輸出進(jìn)行隔離； AC/DC變換器:ACDC變換器采用H橋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)和電網(wǎng)的有功能量交換和無(wú)功的補(bǔ)償；DC/DC變換器:雙向DC/DC變換器采用半橋結(jié)構(gòu)，以電流為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)輸出O?VH恒壓輸出，恒電流輸出，恒電流反饋電網(wǎng)； 控制單元:控制PWM輸出； A⑶C驅(qū)動(dòng):驅(qū)動(dòng)A⑶C變換器的IGBT A⑶C采集單元:對(duì)采集目標(biāo)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，采集單相電網(wǎng)電壓、入網(wǎng)電流、AD⑶輸出電壓和負(fù)載電流； D⑶C驅(qū)動(dòng):驅(qū)動(dòng)D⑶C變換器的IGBT D⑶C采集單元:采集D⑶C輸出電流、D⑶C輸出電壓； 輔電單元:實(shí)現(xiàn)給驅(qū)動(dòng)單元、采集單元、控制單元和人機(jī)接口進(jìn)行供電； 通過(guò)H橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行前級(jí)AC/DC換能，入網(wǎng)的有功電流id，無(wú)功電流i,進(jìn)行獨(dú)立控制，通過(guò)檢測(cè)負(fù)載電流對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功和諧波治理，AC/DC變換器后端DC/DC變換器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置能量雙向進(jìn)行，DCDC級(jí)運(yùn)行在恒壓輸出模式、恒流輸出模式、恒流饋網(wǎng)模式中的任一模式，實(shí)現(xiàn)能量自由交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置，其特征在于，對(duì)入網(wǎng)電流進(jìn)行idiq獨(dú)立控制，對(duì)ACDC的輸出電壓和給定Uref進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)量作為id指令進(jìn)行有功控制，如果對(duì)AC用電負(fù)載進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理，此時(shí)，設(shè)備采集負(fù)載電流，將負(fù)載的減去基波后的有功電流id電流疊加到id指令中，負(fù)載的無(wú)功電流i,加到i,指令進(jìn)行無(wú)功和諧波的補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置，其特征在于，DC/DC變換器包括上管T5，下管T6，上管T5與下管T6連接端通過(guò)電感L2引出為輸出端，輸出端通過(guò)電容CL接下管T6，DC/DC變換器的量輸入端通過(guò)電容CH連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶PFC和電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)哪芰侩p饋裝置，其特征在于，恒電流輸出模式下，上管T5導(dǎo)通后在L2電抗上正向儲(chǔ)能，上管T5斷開(kāi)后，電感L2電流通過(guò)下管T6反并二極管續(xù)流，能量傳遞到低壓側(cè)，該模式下下管T6不起作用，該電路等效為BUCK電路，通過(guò)電流PI調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電流的穩(wěn)定輸出； 恒電流饋網(wǎng)模式下，下管T6導(dǎo)通后在L2上反向儲(chǔ)能，下管T6斷開(kāi)后，L2電流通過(guò)上管T5反并二極管續(xù)流，能量饋送到高壓側(cè)，該模式下下管T6不起作用，該電路等效為BOOST電路，通過(guò)電流PI調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電流的穩(wěn)定反饋； 恒電壓模式下，D⑶C變換器交替工作在BUCK狀態(tài)和BOOST狀態(tài)下，通過(guò)電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。
【文檔編號(hào)】H02M1/42GK104201929SQ201410483136
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】鄒軍 申請(qǐng)人:成都麥隆電氣有限公司