發(fā)明專利｜適用于孤島和并網(wǎng)模式的微電網(wǎng)功率變換系統(tǒng)

2017-10-20 13:17:19 北極星智能電網(wǎng)在線整理　點(diǎn)擊量：評論 (0)

編者按：本發(fā)明公開了一種適用于孤島和并網(wǎng)模式的微電網(wǎng)功率變換系統(tǒng)，包括直流電源電路、電容串聯(lián)電路、變壓器、第一開關(guān)管橋臂、第二開關(guān)管橋臂、控制電路和三相逆變器電路;電容串聯(lián)電路的C1和C2中間連接點(diǎn)分別

圖13為傳統(tǒng)逆變器三相輸出電壓FFT分析圖;

圖14為傳統(tǒng)的逆變器上下電容電壓波形圖;

圖15為傳統(tǒng)逆變器中性線流入分裂電容中點(diǎn)電流曲線圖;

[0089] 圖16為本發(fā)明的實(shí)施例的三相電壓輸出波形;

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1所示，適用于孤島和并網(wǎng)模式的微電網(wǎng)功率變換系統(tǒng)，包括直流電源電路、電容串聯(lián)電路、變壓器、第一開關(guān)管橋臂、第二開關(guān)管橋臂、控制電路和三相逆變器電路;

所述電容串聯(lián)電路包括串聯(lián)的上電容C1和下電容C2，上電容C1的另一端與直流電源電路的正極相連，下電容C2的另一端連接直流電源電路的負(fù)極;上電容C1和下電容C2中間連接點(diǎn)分別與變壓器的N1線圈非同名端和變壓器N2線圈的同名端相連;

所述第一開關(guān)管橋臂包括串聯(lián)的開關(guān)管T1和T2，開關(guān)管T1的發(fā)射極與開關(guān)管T2的集電極相連，開關(guān)管T1和T2分別反并聯(lián)一個二極管D1和D2，開關(guān)管T1和T2的中間連接點(diǎn)與變壓器N1線圈的同名端相連;

所述第二開關(guān)管橋臂包括串聯(lián)的開關(guān)管T3和T4，開關(guān)管T3的發(fā)射極與開關(guān)管T4的集電極相連，開關(guān)管T3和T4分別反并聯(lián)一個二極管D3和D4，開關(guān)管T3和T4的中間連接點(diǎn)與變壓器N2線圈的非同名端相連;

開關(guān)管T1和T3的集電極與直流電源電路的正極相連，開關(guān)管T2和T4的發(fā)射極與直流電源電路的負(fù)極相連;

所述控制電路包括多個電壓傳感器、驅(qū)動信號生成單元;

電壓傳感器，用于檢測下電容C2兩端的電壓，用于檢測直流電源電路的中性點(diǎn)電壓;

驅(qū)動信號生成模塊，使用電壓傳感器的檢測電壓，結(jié)合0V給定電壓，生成開關(guān)管T1、T2、T3、T4的控制信號G1、G2、G3和G4;

所述三相逆變器電路具備三相的開關(guān)管橋臂，每一相的所述開關(guān)管橋臂在上下臂分別具有開關(guān)管：開關(guān)管S1和S4串聯(lián)、開關(guān)管S3和S6串聯(lián)、開關(guān)管S5和S2串聯(lián)分別作為逆變器的A、B、C三相，開關(guān)管S1、S4、S3、S6、S5、S2分別反并聯(lián)一個二極管;每一相上臂的開關(guān)管(S1、S3、S5)連接到直流電源電路的正極，每一相下臂的開關(guān)管(S4、S6、S2)連接到直流電源電路的負(fù)極;所述上下臂的開關(guān)管之間的串聯(lián)連接點(diǎn)作為各相的交流輸出端子，分別通過電感La、Lb、Lc連接負(fù)載;所述電感La、Lb、Lc分別通過電容Cc、Cb、Ca與中性點(diǎn)N相連，中性點(diǎn)N同時連接到變壓器N1線圈的非同名端和N2線圈的同名端，以及上電容C1與下電容C2的中間連接點(diǎn)。

相比與傳統(tǒng)的分裂電容式三相四線逆變電路，本發(fā)明的功率變換系統(tǒng)多出了一個變壓器，四個開關(guān)管(T1、T2、T3、T4)以及四個與開關(guān)管反并聯(lián)的二極管(D1、D2、D3、D4)。從控制的角度說，該拓?fù)浼尤肓朔至央娙菥鶋嚎刂?，需要新增四個PWM控制信號，用于控制四個開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

進(jìn)一步地，所述直流電源電路包括多個串聯(lián)的直流電壓源。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的中性點(diǎn)電壓偏移分為兩種情況：一是中性點(diǎn)電壓大于直流源電壓的一半，即上電容C1上的電壓小于下電容C2上的電壓;二是中性點(diǎn)電壓小于直流源電壓的一半，即上電容C1上的電壓大于下電容C2上的電壓。下面分別說明這兩種情況下系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

(一)當(dāng)上電容C1上的電容電壓小于下電容C2上的電容電壓時，開關(guān)管T2和T4輪流導(dǎo)通，變壓器N1線圈和N2線圈交替作為變壓器原邊，把下電容C2的能量傳遞到上電容C1上，實(shí)現(xiàn)上下電容電壓的均衡，開關(guān)管T1和T3一直保持?jǐn)嚅_狀態(tài);

微電網(wǎng)功率變換系統(tǒng)依次包括以下四種工作狀態(tài)：(1)T2導(dǎo)通，T1、T3、T4關(guān)斷;(2)T1、T2、T3、T4關(guān)斷;(3)T4導(dǎo)通，T1、T2、T3關(guān)斷;(4)T1、T2、T3、T4關(guān)斷;將這四種工作狀態(tài)分別命名為① 狀態(tài)，② 狀態(tài)，③ 狀態(tài)和④ 狀態(tài)。

(1)所述① 狀態(tài)時，開關(guān)管T2導(dǎo)通，T1、T3、T4關(guān)斷，電路中的電流方向如圖2所示。電流從下電容C2的正端流出，經(jīng)過N1線圈和開關(guān)管T2后流回下電容C2的負(fù)端;根據(jù)基爾霍夫方程得到：

公式中，

為N1線圈兩端的電壓，

為開關(guān)管T2的導(dǎo)通壓降;

與此同時，在變壓器N2線圈產(chǎn)生電流回路：電流從N2線圈的非同名端流出，依次經(jīng)

過與開關(guān)管T3反并聯(lián)的二極管D3、下電容C1后流回到N2線圈的同名端;此時：

式中，

為N2線圈兩端的電壓，

為二極管D3的導(dǎo)通壓降;

將變壓器變比設(shè)為1，得到：

根據(jù)公式(1)、(2)、(3)得到：

即上電容C1的電壓值與下電容C2的電壓值之差即為開關(guān)管T2的導(dǎo)通壓降與二極管D3的導(dǎo)通壓降之和;下電容C2在該工作狀態(tài)中不斷放出能量，能量被N1線圈吸收后傳遞給N2線圈，然后由N2線圈通過二極管D3不斷向電容上C1充電;這個過程中，C2放電，C1充電，不斷減小，不斷增加，二者電壓差減少;

(2)所述② 狀態(tài)為① 狀態(tài)的續(xù)流階段，電流流向如圖3所示。電流從N1線圈的同名端流出，依次經(jīng)過與開關(guān)管T1反并聯(lián)的二極管D1、上電容C1后流回N1線圈的非同名端，該電流不斷減小，最終為0;

(3)所述③ 狀態(tài)在② 狀態(tài)的續(xù)流完成后開始，此狀態(tài)下，開關(guān)管T4導(dǎo)通，T1、T2、T3關(guān)斷，電流流向如圖4所示。電流從下電容C2正端流出，經(jīng)過N2線圈、開關(guān)管T4后流回下電容C2的負(fù)端，此時：

式中，

為開關(guān)管T4的導(dǎo)通壓降;

與此同時，在變壓器副邊N1線圈產(chǎn)生電流回路：電流從N1線圈的同名端流出，經(jīng)過與開關(guān)管T1反并聯(lián)的二極管D1、上電容C1后流回N1線圈的非同名端;此時N1線圈電壓為：

為與二極管D1的導(dǎo)通壓降;

責(zé)任編輯：lixin

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