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、第一開關管橋臂、第二開關管橋臂、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

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電流曲線圖;

[0089] 圖16為本發(fā)明的實施例的三相電壓輸出波形;

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案。

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、第一開關管橋臂、第二開關管橋臂、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極;上電容C1和下電容C2中間連接點分別與變壓器的N1線圈非同名端和變壓器N2線圈的同名端相連;

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

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

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

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電壓;

驅(qū)動信號生成模塊，使用電壓傳感器的檢測電壓，結合0V給定電壓，生成開關管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管橋臂，每一相的所述開關管橋臂在上下臂分別具有開關管：開關管S1和S4串聯(lián)、開關管S3和S6串聯(lián)、開關管S5和S2串聯(lián)分別作為逆變器的A、B、C三相，開關管S1、S4、S3、S6、S5、S2分別反并聯(lián)一個二極管;每一相上臂的開關管(S1、S3、S5)連接到直流電源電路的正極，每一相下臂的開關管(S4、S6、S2)連接到直流電源電路的負極;所述上下臂的開關管之間的串聯(lián)連接點作為各相的交流輸出端子，分別通過電感La、Lb、Lc連接負載;所述電感La、Lb、Lc分別通過電容Cc、Cb、Ca與中性點N相連，中性點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。

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，四個開關管(T1、T2、T3、T4)以及四個與開關管反并聯(lián)的二極管(D1、D2、D3、D4)。從控制的角度說，該拓撲加入了分裂電容均壓控制，需要新增四個PWM控制信號，用于控制四個開關管的導通和關斷。

進一步地，所述直流電源電路包括多個串聯(lián)的直流電壓源。

進一步地，本發(fā)明的中性點電壓偏移分為兩種情況：一是中性點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，開關管T2和T4輪流導通，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，實現(xiàn)上下電容電壓的均衡，開關管T1和T3一直保持斷開狀態(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導通，T1、T3、T4關斷;(2)T1、T2、T3、T4關斷;(3)T4導通，T1、T2、T3關斷;(4)T1、T2、T3、T4關斷;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，開關管T2導通，T1、T3、T4關斷，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線圈和開關管T2后流回下電容C2的負端;根據(jù)基爾霍夫方程得到：