一種併網逆變器混合調製裝置及其調製方法
2023-09-24 13:02:30
一種併網逆變器混合調製裝置及其調製方法
【專利摘要】本發明公開了併網發電領域內的一種併網逆變器混合調製裝置及其調製方法，所述調製裝置包括主電路和控制電路，所述主電路包括連接直流電源和電網的全橋逆變器，所述控制電路包括輸入調理電路、輸出調理電路、數位訊號處理器以及開關管驅動電路，所述調製方法為在正功區域，採用單極性調製方式；在負功區域，採用雙極性調製方式，本發明有效的抑制電網電壓過零點處併網電流的畸變，確保網側的電能質量，提高逆變器的轉換效率，本發明可用於併網發電裝置中。
【專利說明】一種併網逆變器混合調製裝置及其調製方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種併網逆變器，特別涉及一種併網逆變器調製裝置。
【背景技術】
[0002] 在現有技術的全橋逆變器併網發電裝置中，為提高逆變器的效率通常採用單極性 調製策略來控制開關管的開閉，但當併網逆變器接受電網調度指令發無功時，因在電網電 壓過零時，電感上電流不能調製出正弦電流波形，故此時會出現電流波形的畸變。為了解決 電網電壓過零時的併網電流畸變問題，目前常用的解決方法如下： 一是將單極性調製變成雙極性調製，採用雙極性調製時，對於單相全橋併網逆變器來 說，斜對角的2支開關管接受相同的驅動信號，且同一個橋臂開關管的驅動信號互補，可見 在雙極性調製中，單相全橋併網逆變器的所有開關管都處於高頻開關狀態，因而開關損耗 較大，這會降低併網發電的效率。
[0003] 二是在單極性調製的基礎上，在低頻管送低電平控制信號的區段，改成脈衝驅動 控制，即採用部分雙極性調製。這種方法相比於第一種方法而言，由於保留了單極性調製策 略中低頻開關管的常通狀態，故效率較第一種方法高，但相對於單極性調製策略來說，效率 還是降低了很多。
[0004] 可見以上方法雖然可解決電網電壓過零點時併網電流的畸變問題，但卻增加了開 關損耗，影響了逆變器的效率。
[0005] 針對此情況，本文提出一種混合調製策略及其實現方法，即在逆變器發正功時，採 用單極性調製方法，在逆變器發負功時，採用雙極性調製方法，這種混合調製方法相比於全 程採用雙極性調製，或低頻管驅動為低電平時採用雙極性調製的效率要高。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種併網逆變器混合調製裝置及其調製方法，有助於提高逆 變器在接受電網調度發無功時的效率，網側電流無畸變，電能質量高。
[0007] 本發明的目的是這樣實現的：一種併網逆變器混合調製裝置及其調製方法，所述 調製裝置包括主電路和控制電路，所述主電路包括連接直流電源和電網的全橋逆變器，所 述控制電路包括輸入調理電路、輸出調理電路、數位訊號處理器以及開關管驅動電路，所述 數位訊號處理器內置有輸入AD採樣接口、輸出AD採樣接口、電壓控制器、電流控制器、鎖相 環和混合調製發生器，所述輸入調理電路的信號輸出端經輸入AD採樣接口與電壓控制器 的信號輸入端相連，電壓控制器的信號輸出端與電流控制器的信號輸入端相連，所述輸出 調理電路的信號輸出端分別與過零檢測電路和輸出AD採樣接口相連，所述輸出AD採樣接 口的信號輸出端分別與鎖相環、電流控制器相連，所述過零檢測電路的信號輸出端分別與 鎖相環、混合調製發生器相連，所述鎖相環的信號輸出端與電流控制器的信號輸入端相連， 所述電流控制器的信號輸出端與混合調製發生器的信號輸入端相連，混合調製發生器的信 號輸出端與開光管驅動電路相連； 所述調製方法包括以下步驟： 步驟1)檢測全橋逆變器輸出端的電網電流信號i#id和電網電壓信號vgHd，將其送至輸 出調理電路處理後得到信號igHdf、v#idf，將一路vgHdf信號送至過零檢測電路得到輸出信號 Zerocross，並將igHdf信號和另一路Vgdf信號共同輸送至數位訊號處理器中的輸出AD採 樣接口，得到i# ids、vgHds ;同時檢測全橋逆變器輸入端的電壓信號vbus，將其送至輸入調理電 路處理後得到信號vbusf，再將該信號v busf輸送至數位訊號處理器中輸入AD採樣接口，得到 Vbuss ? 步驟2)過零檢測電路的輸出信號Zerocross分為兩路輸出，一路Zerocross和v#ids共 同送至鎖相環，得到輸出信號ω t，另一路Zerocross送至混合調製發生器，同時將Vbuss送 至電壓控制器，得到輸出信號i f ; 步驟3)將來自電網調度的功率因數指令信號co^PF分別送至電流控制器和混合調製 發生器，同時將鎖相環輸出信號《t、電壓控制器輸出信號if和電流信號i#ids送至電流控 制器，電流控制器將各路信號運算處理後輸出調製信號給混合調製發生器； 步驟4)混合調製發生器中，根據併網逆變器輸出正功還是負功，確定相應的調製方 式，並對數位訊號處理器進行配置，輸出脈衝控制信號vgl、vg2、vg3、v g4送至驅動電路； 步驟5)脈衝控制信號vgl、vg2、vg3、vg4送至驅動電路，驅動電路輸出控制器信號ν ω、 &2、vdrt、vdrt驅動全橋變換器的開關管。
[0008] 作為本發明的進一步限定，步驟4)的具體方法如下： 第一步)計算出在一個電網周期內功率因數指令信號co^PF對應的開關動作點數nPF; 利用公式，其中ητ為一個電網周期對應的點數，一個開關周期記一次數； 第二步）判斷逆變器輸出正負功：根據過零檢測電路判斷電網電壓是否過零，判斷正負 功區域；若電網電壓過零，判定逆變器輸出負功，將電網電壓過零點標誌位V_Zer〇_Flag置 1，若電網電壓不過零，則直接根據電網電壓過零點標誌位V_Zer 〇_Flag是否為1來判定逆 變器輸出，是1則判定為負功，不是1則判定為正功； 第三步）在正功調製程序部分，選取單極性調製方法，直至電網電壓再次過零； 第四步）在負功調製程序部分，選取雙極性調製方法，並根據開關管的動作次數進行計 數點ns累計增加，直到ns > nPF時，該階段結束，並將電網電壓過零標誌位清零，其中ns在 每次電網電壓過零後清零並重新開始計數，一個開關周期累加一次； 第五步）重複第二步至第四步。
[0009] 在全橋逆變器中，採用單極性調製方式，可減小開關損耗，提高變換器效率，但當 逆變器輸出無功運行時，電網電壓和併網電流並不是同相位，以感性負載為例，併網電流滯 後電網電壓，當電網電壓過零變極性時，高頻電感電流不會突變並通過在前半個電網周期 中未開通的開關管的體二極體自然續流，將電感中的能量送往直流側，即電感放電，但由於 此時直流母線電壓遠大於電網電壓，因此電感電流在不控狀態下迅速減小，不可能按給定 擬合出正弦波形，出現了畸變。本發明給出的混合調製方式，即在正功區域，採用單極性調 制方式(開關管％和Q 3的驅動信號為互補的低頻驅動信號，開關管Q2和Q4的驅動方式配置 為互補的高頻驅動信號。在電網電壓為正時，配置開關管％驅動信號為高電平，開關管Q 4 為高頻驅動信號，且開關管Q2和Q3關斷；在電網電壓為負時，配置開關管Q3驅動信號為高 電平，開關管Q 2為高頻驅動信號，且開關管％和Q4關斷）；在負功區域，採用雙極性調製方 式（當併網電流為正時，給開關管Ql和開關管Q4送高頻驅動信號且開關管Q3和開關管Q 2 關斷；當併網電流為負時，給開關管Q3和開關管Q2送高頻驅動信號，且開關管％和開關管 Q4關斷），可以控制全橋電路中對角開關管導通與關斷，來實現直流側能量與電感能量可控 的交換，因此可以按給定擬合出正弦的電感電流波形。即在負功區域經過雙極性調製後的 併網電流可以跟蹤參考電流，從而消除了在電網電壓過零點處併網電流的畸變現象。
[0010] 與現有技術相比，本發明的有益效果在於，本發明採用單極性和雙極性混合調製 的方法有效的抑制電網電壓過零點處併網電流的畸變，確保網側的電能質量，提高逆變器 的轉換效率，混合調製方式的配置在DSP中通過軟體編程實現，沒有額外的硬體開銷，而且 佔用內存少，對DSP的運行效率沒有影響，本發明可實現併網發電裝置中有功和無功調製 的統一控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明控制原理框圖。
[0012] 圖2為本發明電路原理圖。
[0013] 圖3為本發明中感性負載時調製原理流程圖。
[0014] 圖4為本發明中感性負載時開關管驅動信號的配置時序圖。
[0015] 圖中各符號名稱如下：
【權利要求】
1. 一種併網逆變器混合調製裝置，包括主電路和控制電路，所述主電路包括連接直流 電源和電網的全橋逆變器，其特徵在於，所述控制電路包括輸入調理電路、輸出調理電路、 數位訊號處理器以及開關管驅動電路，所述數位訊號處理器內置有輸入AD採樣接口、輸出 AD採樣接口、電壓控制器、電流控制器、鎖相環和混合調製發生器，所述輸入調理電路的信 號輸出端經輸入AD採樣接口與電壓控制器的信號輸入端相連，電壓控制器的信號輸出端 與電流控制器的信號輸入端相連，所述輸出調理電路的信號輸出端分別與過零檢測電路和 輸出AD採樣接口相連，所述輸出AD採樣接口的信號輸出端分別與鎖相環、電流控制器相 連，所述過零檢測電路的信號輸出端分別與鎖相環、混合調製發生器相連，所述鎖相環的信 號輸出端與電流控制器的信號輸入端相連，所述電流控制器的信號輸出端與混合調製發生 器的信號輸入端相連，混合調製發生器的信號輸出端與開光管驅動電路相連。
2. -種使用權利要求1所述調製裝置的調製方法，其特徵在於，包括以下步驟： 步驟1)檢測全橋逆變器輸出端的電網電流信號i#id和電網電壓信號vgHd，將其送至輸 出調理電路處理後得到信號igHdf、V#idf，將一路vgHdf信號送至過零檢測電路得到輸出信號 Zerocross，並將igHdf信號和另一路Vgdf信號共同輸送至數位訊號處理器中的輸出AD採 樣接口，得到i# ids、vgHds ;同時檢測全橋逆變器輸入端的電壓信號vbus，將其送至輸入調理電 路處理後得到信號vbusf，再將該信號v busf輸送至數位訊號處理器中輸入AD採樣接口，得到 Vbuss ? 步驟2)過零檢測電路的輸出信號Zerocross分為兩路輸出，一路Zerocross和v#ids共 同送至鎖相環，得到輸出信號ω t，另一路Zerocross送至混合調製發生器，同時將Vbuss送 至電壓控制器，得到輸出信號i f ; 步驟3)將來自電網調度的功率因數指令信號co^PF分別送至電流控制器和混合調製 發生器，同時將鎖相環輸出信號《t、電壓控制器輸出信號if和電流信號i#ids送至電流控 制器，電流控制器將各路信號運算處理後輸出調製信號給混合調製發生器； 步驟4)混合調製發生器中，根據併網逆變器輸出正功還是負功，確定相應的調製方 式，並對數位訊號處理器進行配置，輸出脈衝控制信號vgl、vg2、vg3、v g4送至驅動電路； 步驟5)脈衝控制信號vgl、vg2、vg3、vg4送至驅動電路，驅動電路輸出控制器信號ν ω、 &2、vdrt、vdrt驅動全橋變換器的開關管。
3. 根據權利要求2所述的一種調製方法，其特徵在於，步驟4)的具體方法如下： 第一步)計算出在一個電網周期內功率因數指令信號co^PF對應的開關動作點數n PF， 利用公式，其中ητ為一個電網周期對應的點數，一個開關周期記一次數； 第二步）判斷逆變器輸出正負功：根據過零檢測電路判斷電網電壓是否過零，判斷正負 功區域；若電網電壓過零，判定逆變器輸出負功，將電網電壓過零點標誌位V_Zer〇_Flag置 1，若電網電壓不過零，則直接根據電網電壓過零點標誌位V_Zer 〇_Flag是否為1來判定逆 變器輸出，是1則判定為負功，不是1則判定為正功； 第三步）在正功調製程序部分，選取單極性調製方法，直至電網電壓再次過零； 第四步）在負功調製程序部分，選取雙極性調製方法，並根據開關管的動作次數進行計 數點ns累計增加，直到ns > nPF時，該階段結束，並將電網電壓過零標誌位清零，其中ns在 每次電網電壓過零後清零並重新開始計數，一個開關周期累加一次； 第五步）重複第二步至第四步。
【文檔編號】H02J3/18GK104052083SQ201410296443
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】方宇, 趙齊齊, 堯永, 王明龍, 朱忠虎 申請人:揚州大學