一種模擬同步發電機的三相併網同步逆變器的製作方法

2023-06-06 02:22:11

專利名稱：一種模擬同步發電機的三相併網同步逆變器的製作方法
技術領域：
—種模擬同步發電機的三相併網同步逆變器技術領域[0001]本實用新型涉及新能源併網發電技術領域，具體是一種模擬同步發電機的三相併 網同步逆變器。
背景技術：
[0002]隨著全球能源危機和環境汙染問題的日益加劇，新能源的開發與利用越來越受到 人們的重視。新能源(如太陽能和風能)作為一種分布廣泛的高效清潔能源，其對傳統能源 中的替代作用越來越強大。目前，新能源發電被認為是世界上最具發展前景的新能源技術， 各發達國家紛紛投入巨額資金開發研究，並大力拓展市場應用。[0003]分布式微源通過逆變器接口將直流電逆變為交流電後將能量饋入電網，但作為一 種高頻電力電子變換器，傳統的併網逆變器由於引入了低通濾波環節以及閉環控制方式， 導致控制滯後，使其不具備微源的快速跟蹤特性。尤其在微電網中，當多臺併網發電裝置並 聯運行時，由於並聯逆變器的輸出阻抗、連線阻抗不同，閉環控制器參數與輸出功率存在制 約關係。即使多臺逆變器的輸出電壓幅值和相位完全相同，按照傳統的功率下垂控制法也 難以實現微電網中逆變器並聯的功率精確分配及環流抑制，微網系統魯棒性能較差。實用新型內容[0004]本實用新型所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種模擬同步發電 機運行的三相併網同步逆變器，實現多臺併網發電裝置的並聯運行。[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是一種模擬同步發電機的 三相併網同步逆變器，包括直流電源、三相逆變器、濾波器、隔離變壓器、控制器、交流電流 檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側電壓檢測電路、上位機，所述三相逆變器包括三組並 聯的IGBT模塊；所述直流電源、三相逆變器、濾波器、隔離變壓器依次連接，所述交流電流 檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側電壓檢測電路均與所述控制器連接，所述控制器通過 驅動保護模塊驅動所述IGBT模塊；所述直流側電壓檢測電路與所述三相逆變器輸入端連 接，所述交流電流檢測電路與所述三相逆變器輸出端連接，所述交流電壓檢測電路與所述 濾波器連接；所述控制器通過鎖相環電路並接入所述濾波器與所述隔離變壓器之間；所述 控制器與所述上位機雙向連接。[0006]與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果為本實用新型的併網同步逆變 器能按照同步發電機的運行方式運行，與傳統發電模式更加接近，更容易併入傳統大電網， 並實現多臺併網發電裝置的並聯運行。


[0007]圖1為本實用新型一實施例拓撲結構示意圖；[0008]圖2為本實用新型一實施例控制模塊結構框圖；[0009]圖3為本實用新型一實施例交流電流檢測電路原理圖；[0010]圖4為本實用新型一實施例交流電壓檢測電路原理圖；[0011]圖5為本實用新型一實施例直流側電壓檢測電路原理圖；[0012]圖6為本實用新型一實施例過壓保護電路原理圖；[0013]圖7為本實用新型一實施例過流保護電路原理圖；[0014]圖8為本實用新型一實施例鎖相環電路原理圖；[0015]圖9為每相具有一對電極的理想的三相整圓轉子同步發電機結構圖。
具體實施方式
[0016]如圖1所示，本實用新型一實施例包括直流電源、三相逆變器、濾波器、隔離變壓器、控制器、交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側電壓檢測電路、上位機，所述三相逆變器包括三組並聯的IGBT模塊；所述直流電源、三相逆變器、濾波器、隔離變壓器依次連接，所述交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側電壓檢測電路均與所述控制器連接，所述控制器通過驅動保護模塊驅動所述IGBT模塊；所述直流側電壓檢測電路與所述三相逆變器輸入端連接，所述交流電流檢測電路與所述三相逆變器輸出端連接，所述交流電壓檢測電路與所述濾波器連接；所述控制器通過鎖相環電路並接入所述濾波器與所述隔離變壓器之間；所述控制器與所述上位機雙向連接。[0017]所述直流電源由直流微電源、EMI濾波器、儲能電 容串聯組成。[0018]所述控制器接有過壓保護電路和過流保護電路，所述過壓保護電路並接入所述三相逆變器輸入端與所述直流側電壓檢測電路之間；所述過流保護電路並接入所述三相逆變器輸出端與所述交流電流檢測電路之間。[0019]所述控制器採用DSP晶片TMS320F2812。[0020]圖2為本實施例控制模塊結構框圖。交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側電壓檢測電路統稱為電壓電流檢測模塊。三相逆變器包括3組並聯的IGBT模塊，IGBT 模塊型號為FF450R17ME4，IGBT模塊的驅動部分採用型號為2SP0115T的驅動模塊。將同步發電機的電氣模型和機械模型應用於同步逆變器控制模型，其中，逆變器輸出端電壓en (n=a, b, c)與感應電動勢e對應，電容端電壓Un與同步發電機定子輸出端電壓對應，輸出電感電流In與定子輸出電流i對應，輸出濾波器阻感Ls和Rs與定子繞組的阻感對應。三相電網電壓送入PLL鎖相環電路，其輸出為併網參考頻率並實現同步控制。通過模擬同步發電機的控制算法，使同步逆變器模擬同步發電機運行，逆變器輸出經LCL濾波器後，通過隔離變壓器接入三相電網。[0021]如圖3所示，交流電流檢測電路採用霍爾電流傳感器LA55-P/SP50，該傳感器輸出的電流經過採樣電阻，轉換為對應的電壓信號。[0022]如圖4所示，交流電壓檢測電路採用220/5V電壓互感器KD3518，其輸出通過一級 RC濾波進行低通濾波後，送至採樣晶片AD7656。[0023]如圖5所示，直流側電壓檢測電路採用霍爾電壓傳感器CHV-50P/800進行檢測，傳感器輸出信號經採樣電阻得到電壓採樣信號，通過RC低通濾波器濾除信號毛刺後，再經電平轉換電路變為-1(Γ+10ν的電壓信號，再送至外接的A/D採樣晶片AD7656進行數據採樣。 運放LM324輸入端並聯的二極體主要用於對採樣信號進行限幅。[0024]如圖6和圖7所示，直流側電壓與給定限值電壓通過運放LM393進行比較後，其輸出經過驅動光電隔離晶片4504後，得到過壓保護信號，從而驅動繼電保護裝置動作。當檢測值大於設定安全閾值時，控制繼電器使併網開關跳閘。同步逆變器輸出的三相電流經過霍爾傳感器進行檢測，並經過有源濾波電路去除尖峰毛刺後，其輸出通過峰值檢測電路，得到三相電流中的最大峰值，再經過低通有源濾波，和設定安全閾值電壓送入LM393進行比較，其輸出過流保護信號，控制繼電保護裝置動作。[0025]如圖8所示，三相併網母線電壓中的A相(B相或C相)電壓，經過電壓傳感器 CHV-50P/600後，得到-5 +5V的交流電壓檢測信號，其輸出經過由⑶4046構成的鎖相環電路進行鎖相後，將檢測到的電網頻率和相位送入DSP晶片進行處理。[0026]圖9是理想三相整圓轉子同步發電機的實際結構圖。假定採用的同步發電機模型參數為極對數P=l。設定子繞組自感為L，互感為-M (M>0)，勵磁電抗阻感值為Lf、Rf，勵磁繞組和定子繞組間互感Mf隨電角度Θ的改變而變化，if為勵磁電流，〈，>表示內積，電角速度《n=d Θ /dt, J是轉動慣量，Tffl是機械轉矩，Te是電磁轉矩，Dp是阻尼係數。E是旋轉動能，電角度為θ =ρ Θ m0[0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037]5所述的同步逆變器的控制方程如下感應電動勢表達式
權利要求1.一種模擬同步發電機的三相併網同步逆變器，包括直流電源、三相逆變器、濾波器、隔離變壓器、控制器、交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側電壓檢測電路、上位機，其特徵在於，所述三相逆變器包括三組並聯的IGBT模塊；所述直流電源、三相逆變器、濾波器、隔離變壓器依次連接，所述交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側電壓檢測電路均與所述控制器連接，所述控制器通過驅動保護模塊驅動所述IGBT模塊；所述直流側電壓檢測電路與所述三相逆變器輸入端連接，所述交流電流檢測電路與所述三相逆變器輸出端連接，所述交流電壓檢測電路與所述濾波器連接；所述控制器通過鎖相環電路並接入所述濾波器與所述隔離變壓器之間；所述控制器與所述上位機雙向連接。
2.根據權利要求1所述的模擬同步發電機的三相併網同步逆變器，其特徵在於，所述直流電源由直流微電源、EMI濾波器、儲能電容串聯組成。
3.根據權利要求1所述的模擬同步發電機的三相併網同步逆變器，其特徵在於，所述控制器接有過壓保護電路和過流保護電路，所述過壓保護電路並接入所述三相逆變器輸入端與所述直流側電壓檢測電路之間；所述過流保護電路並接入所述三相逆變器輸出端與所述交流電流檢測電路之間。
4.根據權利要求1或3所述的模擬同步發電機的三相併網同步逆變器，其特徵在於，所述控制器採用DSP晶片TMS320F2812。
5.根據權利要求1所述的模擬同步發電機的三相併網同步逆變器，其特徵在於，所述IGBT模塊型號為FF450R17ME4 ;所述驅動保護模塊型號為2SP0115T ;所述濾波器採用LCL濾波器；所述交流電流檢測電路採用霍爾電流傳感器LA55-P/SP50 ;所述交流電壓檢測電路採用電壓互感器KD3518 ;所述直流側電壓檢測電路採用霍爾電壓傳感器CHV-50P/800。
6.根據權利要求1所述的模擬同步發電機的三相併網同步逆變器，其特徵在於，所述鎖相環電路包括CHV-50P/600電壓傳感器和與所述電壓傳感器連接的⑶4046晶片。
專利摘要本實用新型公開了一種模擬同步發電機的三相併網同步逆變器，包括直流電源、三相逆變器、濾波器、隔離變壓器、控制器、交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側電壓檢測電路、上位機，本實用新型的併網同步逆變器能按照同步發電機的運行方式運行，與傳統發電模式更加接近，更容易併入傳統大電網，並實現多臺併網發電裝置的並聯運行。
文檔編號H02J3/38GK202840540SQ20122050479
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者羅安, 陳燕東, 彭自強, 周潔, 周樂明, 王華軍, 龍際根, 王明玥 申請人:湖南大學