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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中間連接點分別

(4)所述④ 狀態(tài)為③ 狀態(tài)的續(xù)流階段，該狀態(tài)下，開關(guān)管T1、T2、T3、T4關(guān)斷;電流從N2線圈的非同名端流出，經(jīng)過與開關(guān)管T3反并聯(lián)的二極管D3、上電容C1后流回N2線圈的同名端，該電流不斷減小，直到為0。

進一步地，當(dāng)上電容C1上的電容電壓大于下電容C2上的電容電壓時，開關(guān)管T1和T3輪流導(dǎo)通，變壓器N1線圈和N2線圈交替作為變壓器原邊，把上電容C1的能量傳遞到下電容C2上，實現(xiàn)兩個電容電壓的均衡;此模式下開關(guān)管T2和T4一直保持斷開狀態(tài);

此時微電網(wǎng)功率變換系統(tǒng)的工作狀態(tài)依次為：(1)T1導(dǎo)通，T2、T3、T4關(guān)斷;(2)T1、T2、T3、T4關(guān)斷;(3)T3導(dǎo)通，T1、T2、T4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⑤狀態(tài)，⑥ 狀態(tài)，⑦ 狀態(tài)和⑧ 狀態(tài);

(1)⑤ 狀態(tài)時，開關(guān)管T1導(dǎo)通，T2、T3、T4關(guān)斷;電流從上電容C1的正端流出，經(jīng)過開關(guān)管T1、N1線圈后流回上電容C1的負端;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T1的導(dǎo)通壓降;

與此同時，在變壓器的N2線圈產(chǎn)生電流回路，電流從N2線圈的同名端流出，經(jīng)過下電容C2、與開關(guān)管T4反并聯(lián)的二極管D4后回到N2線圈的非同名端;此時：

為N2線圈兩端的電壓，

為二極管D4的導(dǎo)通壓降;

變壓器變比設(shè)為1，得到：

結(jié)合公式(9)、(10)、(11)，得到：

上電容C1的電壓值與下電容C2的電壓值之差為開關(guān)管T1的導(dǎo)通壓降與二極管D4的導(dǎo)通壓降之和;上電容C1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D4不斷向下電容C2充電;在這個過程中，上電容C1放電，下電容C2充電，不斷減小，不斷增加，二者電壓差減少;

(2)⑤ 狀態(tài)后是⑥ 狀態(tài)，該狀態(tài)下電流所有開關(guān)管全部關(guān)斷，該階段為⑤ 狀態(tài)的續(xù)流階段，電流從N1線圈的非同名端流出，經(jīng)過下電容C2、二極管D2后流回繞組N1線圈的同名端，該電流大小不斷減小，最終為0;

(3)⑦ 狀態(tài)在⑥ 狀態(tài)的續(xù)流完成后開始，該狀態(tài)下開關(guān)管T3導(dǎo)通，T1，T2，T4關(guān)斷;電流從上電容C1正端流出，經(jīng)過開關(guān)管T3、N2線圈后流回上電容C1的負端，此時：

變壓器副邊N1線圈產(chǎn)生電流回路，電流從N1線圈的非同名端流出，經(jīng)過下電容C2、

與開關(guān)管T2反并聯(lián)的二極管D2后流回N1線圈的同名端，此時：

將變壓器變比設(shè)為1，則

根據(jù)公式(13)、(14)、(15)得到：

上電容C1在該工作狀態(tài)中不斷放出能量，能量被N2線圈吸收后傳遞給N1線圈，然后由N1線圈通過二極管D2不斷向下電容C2充電;在此過程中，上電容C1放電，下電容C2充電，不斷減小，不斷增加，二者電壓差減少;

(4)⑦ 狀態(tài)后緊接著是⑧ 狀態(tài)，該狀態(tài)下T1、T2、T3、T4關(guān)斷;該狀態(tài)為⑦ 狀態(tài)的續(xù)流階段，電流從N2圈的同名端流出，經(jīng)過下電容C2、二極管D4后流回到N2線圈的非同名端，該回路的電流不斷減小，直到為0。

進一步地，所述驅(qū)動信號生成模塊包括減法運算單元，絕對值運算單元、限幅單元、三角波載波信號發(fā)生單元、多個比較器、數(shù)字邏輯運算單元、0V電壓給定單元;

電壓傳感器檢測到的電容C2兩端的電壓和直流電源電路的中性點電壓分別輸入減法運算單元;減法運算單元的一路輸出信號依次通過絕對值運算單元和限幅單元后作為比較器A的一路輸入信號，比較器A的另一路輸入信號為三角載波信號發(fā)聲單元產(chǎn)生的三角載波信號;

減法運算器的另一路輸出信號和0V電壓給定單元給定的0V電壓分別輸入比較器B;

比較器A和比較器B的輸出信號分別輸入數(shù)字邏輯運算單元，數(shù)字邏輯運算單元生成的控制信號G1、G2、G3和G4分別與開關(guān)管T1、T2、T3、T4的柵極相連接。

進一步地，所述數(shù)字邏輯運算單元生成控制信號的邏輯信號表達式：

式中，A表示符號位，即為比較器B的輸出信號;B表示二分頻信號;C表示原始的PWM信號，即比較器A的輸出信號。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的微電網(wǎng)功率變換系統(tǒng)能夠?qū)⑸舷码娙莸碾妷翰钕拗圃谝粋€開關(guān)管和一個二極管的導(dǎo)通壓降之和以內(nèi);該電路拓撲能夠有效降低上下電容的電壓差，使得輸出電壓得到明顯的改善，輸出電壓基波幅值基本與給定電壓幅值接近，減少輸出電壓的諧波分量，不再發(fā)生B相電壓波形畸變的情況;中性線電壓波動更小，使得輸出電壓更加對稱。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的微電網(wǎng)功率變換系統(tǒng)的電路拓撲圖;

圖2為本發(fā)明的電路運行在① 狀態(tài)時的電流方向圖;

圖3為本發(fā)明的電路運行在② 狀態(tài)時的電流方向圖;

責(zé)任編輯：lixin

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