併網逆變器及其輸出濾波方法
2023-04-29 16:04:21
併網逆變器及其輸出濾波方法
【專利摘要】本發明公開了一種併網逆變器，包括交流輸出濾波單元和數據採集器、控制器，所述數據採集器用於採集三相逆變橋的輸出電流，並將採集的電流數據輸出至控制器；所述交流輸出濾波單元中包括至少一個LC濾波器或LCL濾波器，每個LC濾波器或LCL濾波器的電感支路串聯至少一個第二電感，LC濾波器的電容支路並聯至少一個第二電容。本發明併網逆變器僅採用了兩個開關器件就實現了組合濾波，減少了開關器件的使用數量，降低了成本。本發明提供的輸出濾波方法減小了輸出電流較小時的輸出諧波，增大了輸出電流較小時的轉換效率。
【專利說明】併網逆變器及其輸出濾波方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及併網逆變【技術領域】，特別涉及一種併網逆變器及其輸出濾波方法。
【背景技術】
[0002]隨著併網技術的廣泛應用。併網逆變器的輸出電能質量受到更多關注。為了降低併網輸出諧波，提高輸出電能質量，需要對併網逆變器的交流輸出進行濾波處理。為實現併網逆變器的輸出濾波，傳統的方法是改變功率器件的開關頻率，輸出較小時增大功率模塊的開關頻率。傳統方法實施較為複雜，且改變開關頻率對功率器件也會產生很大影響。中國專利《一種併網逆變器及其交流輸出濾波方法》(專利號為201010553722.1)公開了一種併網逆變器和輸出濾波方法，該方法是在交流逆變器的輸出側並聯一組LC或LCL濾波器。雖然這種方法能夠在輸出較小時達到較好的濾波效果，但是並聯的一組LC或LCL濾波器中使用了至少4個開關，使用的開關數量較多，切換過程較為複雜，且投入切出原則是根據輸出功率大小而確定，在輸出較小電壓電流時電感參數都需額定選取，提高成本。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於克服現有技術中所存在的開關數量多、切換過程複雜的不足，提供一種開關數量較少的併網逆變器，同時提供一種併網逆變器的輸出濾波方法。
[0004]為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案:
[0005]一種併網逆變器，包括交流輸出濾波單元和數據採集器，所述交流輸出濾波單元和數據採集器之間設置有控制器，所述數據採集器用於採集三相逆變橋的輸出電流，並將採集的電流數據輸出至控制器；所述交流輸出濾波單元中包括至少一個LC濾波器或LCL濾波器，每個LC濾波器或LCL濾波器的電感支路串聯至少一個第二電感，LC濾波器的電容支路並聯至少一個第二電容。
[0006]優選的，所述輸出濾波單元包括一個LC濾波器，所述LC濾波器的第一電感串聯第一開關和一個第二電感，LC濾波器的第一電容串聯第二開關,第一電容並聯一個第二電容；當第一開關和第二開關均斷開時，第一電感、第二電感和第一電容組成第一濾波電路；當第一開關和第二開關均連通時，第一電感、第一電容和第二電容組成第二濾波電路；所述控制器通過控制第一開關和第二開關同時斷開或連通進行第一濾波電路與第二濾波電路之間的切換。
[0007]上述併網逆變器中，所述控制器根據數據採集器採集的三相逆變橋的輸出電流控制第一開關和第二開關同時斷開或連通。
[0008]本發明還提供了一種併網逆變器的輸出濾波方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:數據採集器實時採集三相逆變橋的輸出電流；
[0010]步驟2:控制器根據數據採集器採集的三相逆變橋的輸出電流控制交流輸出濾波單元中的第一開關和第二開關同時斷開或連通，進行第一濾波電路與第二濾波電路之間的切換。[0011]根據本發明實施例，上述併網逆變器的輸出濾波方法中，所述步驟2包括:
[0012]步驟2-1:選取三相逆變橋輸出的三個電流中電流值最大的一個電流作為三相逆變橋的當前輸出電流；
[0013]步驟2-2:判斷當前輸出電流是否大於設定的投切電流與回差電流之和，如果是則控制第一開關和第二開關處於連通狀態，選取第二濾波電路；否則進入步驟2-3 ；
[0014]步驟2-3:進一步判斷當前輸出電流是否小於設定的投切電流與回差電流之差，如果是則控制第一開關和第二開關處於斷開狀態，選取第一濾波電路；否則返回步驟I。
[0015]根據本發明實施例，上述併網逆變器的輸出濾波方法中，所述投切電流設置為併網逆變器的額定電流的20%，所述回差電流設置為併網逆變器的額定電流的2%。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果:本發明併網逆變器採用第一濾波電路和第二濾波電路進行組合濾波，且濾波電路中僅採用了兩個開關器件，相比於現有技術中採用四個開關器件的併網逆變器，節省了兩個開關器件的使用，減少了開關器件的使用數量，降低了成本。通過對比試驗數據可以看出，應用本發明併網逆變器進行輸出濾波，在減少開關器件使用數量的情況下，能夠實現很好的輸出濾波，減小輸出電流較小時的輸出諧波，增大輸出電流較小時的轉換效率，不會出現其他切換方式帶來的輸出阻抗的多次變化情況，降低切換對電網造成的擾動。此外，本發明濾波方法中的切換過程簡單，投入切出原則是不需要根據輸出功率大小而確定，在輸出較小電壓電流時電感參數不需額定選取，降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0017]圖1為本發明併網逆變器的結構圖。
[0018]圖2為本發明併網逆變器的輸出濾波方法流程圖。
[0019]圖3為常規濾波與組合濾波效率對比圖。
[0020]圖4為常規濾波與組合濾波諧波對比圖。
[0021]圖中標記:1-電池板，2-直流濾波器，3-三相逆變橋，4-數據採集器，5-控制器，6-交流輸出濾波單元。
【具體實施方式】
[0022]下面結合試驗例及【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實施例，凡基於本
【發明內容】
所實現的技術均屬於本發明的範圍。
[0023]參考圖1，本實施例列舉的併網逆變器包括電池板1，電池板連接直流濾波器2，本實施例中直流濾波器2為一濾波電容。直流濾波器2連接三相逆變橋3的輸入端，三相逆變橋3的輸出端連接交流輸出濾波單元6的輸入端,交流輸出濾波單元6的輸出端接入電網。交流輸出濾波單元6的輸入端還連接有數據採集器4，交流輸出濾波單元6與數據採集器4之間設有控制器5。數據採集器4對三相逆變橋3的輸出電流進行實時監測，將監測信息反饋至控制器5，控制器5根據反饋信息控制交流輸出濾波單元6中的開關K1、K2的通斷。
[0024]交流輸出濾波單元6包括一個LC或LCL濾波器，本實施例中選取LC濾波器，如圖1中所示的電感L1、電容Cl、開關K1、開關K2，電感LI串聯開關K1，電容Cl串聯開關K2。LC濾波器的電感支路LI串聯電感L2，LC濾波器的電容支路Cl並聯電容C2，LC濾波器、電感L2、電容C2組成交流濾波電路。當開關Kl和開關K2均斷開時，電感L1、電感L2和電容Cl組成第一濾波電路，當開關Kl和開關K2均連通時，電感L1、電容Cl和電容C2組成第二濾波電路。在小輸出電流比率時採用第一濾波電路進行輸出濾波，即開關Kl和開關K2均斷開。在較大輸出電流比率時採用第二濾波電路進行輸出濾波，即開關Kl和開關K2均連通。輸出電流比率是指按照額定100%的比率來表徵併網逆變器的電流輸出能力，此處的小輸出電流比率即是指輸出電流小於額定電流的20%，此處的較大輸出電流比率即是指輸出電流大於額定電流的20%。電感LI的參數根據併網逆變器的輸出額定電流確定，電感L2的參數按照併網逆變器的額定電流20%設計。
[0025]需要說明的是，本實施例列舉的併網逆變器中的交流輸出濾波單元6中僅包含一個交流濾波電路，一個交流濾波電路包括兩種方式的濾波電路(第一濾波電路和第二濾波電路)，分別實現在併網逆變器額定電流的20%以內達到一種濾波效果，在併網逆變器額定電流的20%以上達到一種濾波效果。根據併網逆變器的濾波需求，一個交流濾波電路中的電感支路中可串聯多個電感、電容支路中可並聯多個電容、同時增設開關器件，以實現一個交流濾波電路包含多種方式的濾波電路，實現多級濾波。也可以通過在交流輸出濾波單元6中設置多個交流濾波電路，實現多種方式濾波。例如，要求併網逆變器分別在額定電流的10%以內達到一種濾波效果，在額定電流的20%以內達到一種濾波效果，在額定電流的20%以上達到一種濾波效果，那麼就可在交流輸出濾波單元6中設置兩個交流濾波電路，其中一個交流濾波電路實現兩組(10%以內和20%以內)濾波效果，另一個交流濾波電路實現第三組(20%以上)濾波效果。
[0026]圖2是由控制器5執行的輸出濾波方法的流程圖。設置啟動狀態字Startflag和投切組合濾波電路狀態字Kflag。Startflag=O表示併網逆變器處於斷開併網狀態，Startflag=I表示併網逆變器處於併網輸出狀態。Kflag=O表示投入第一濾波電路(SPL1+L2、C1)狀態，Kflag=I表示投入第二濾波電路(即L1、C1+C2)狀態。Il為系統設定的投切電流(即電流投切點)，Λ I為系統設定的回差電流。
[0027]如圖2所示，在併網逆變器開始運行後，執行以下步驟:
[0028]步驟BOl:對狀態字進行初始化，斷開Κ1、Κ2，Startflag=O, Kflag=O0
[0029]步驟Β02:進行輸出要求檢測，判斷輸出準備是否完成，即判斷電網電壓、頻率、幅值、相位是否符合設定併網要求，且PV陣列電壓達到逆變器的最小啟動電壓，如果不滿足條件則進入步驟Β03，如果滿足條件則跳轉到步驟Β05。
[0030]步驟Β03:斷開輸出過程並清除相應的標誌，即斷開Κ1、Κ2，設置狀態字Startflag=O, Kflag=O0
[0031]步驟Β05:檢測Startflag是否為0，即判斷併網逆變器是否處於斷開併網狀態，如果不是則直接跳轉到步驟Β08執行，如果Startflag=O,即併網逆變器處於斷開併網狀態，則進入步驟Β06。
[0032]步驟Β06:進行輸出預處理，即投入併網開關(即開關Κ1、Κ2)，使能驅動輸出，然後進入步驟Β07。
[0033]步驟Β07:將狀態字Startflag置1，然後進入步驟Β08。
[0034]步驟Β08:根據數據採集器採集的三相逆變橋輸出的三相電流la、lb、Ic，判斷輸出三相電流la、lb、Ic的大小，選取最大電流(避免輸出電流不平衡問題)作為當前輸出電流I，即I=max (la, lb, Ic),然後進入步驟B09。
[0035]步驟B09:判斷當前輸出電流I是否大於設定的投切電流II，且當前輸出電流I與設定的投切電流Il的差值超過設定的回差電流值λ I，如果超過則進入步驟B10，否則進入步驟Β13。
[0036]步驟BlO:判斷是否kflag=l，即判斷是否處於第二濾波電路工作狀態，如果kflag=l，則表明已經進行過K1、K2的投切過程，即是說開關Kl、Κ2已經從斷開狀態切換為連通狀態，那麼直接返回步驟Β02，重新下一次判斷準備。如果Kflag=O則進入步驟Β11。
[0037]步驟Bll:閉合Κ1、Κ2，使Κ1、Κ2從斷開狀態切換為連通狀態，然後進入步驟Β12。
[0038]步驟Β12:將Kflag置為1，返回步驟Β02，重新下一次判斷準備。
[0039]步驟Β13:判斷當前輸出電流I是否小於設定的投切電流II，且當前輸出電流I與設定的投切電流Il的差值超過設定的回差電流△ I，如果不是則直接返回步驟Β02，如果是則進入步驟Β14。
[0040]步驟Β14:判定是否Kflag=O,如果是則表明已經進行過Κ1、Κ2的斷開過程，當前Κ1、Κ2處於斷開狀態，那麼直接返回步驟Β02，重新下一次判斷準備。如果Kflag=I,則執行步驟Β15。
[0041]步驟Β15:斷開Κ1、Κ2，然後進入步驟Β16。
[0042]步驟Β16:將Kflag置為0，最後返回步驟Β02，重新下一次判斷準備。
[0043]設定的投切電流點Il應與實際系統額定輸出能力相關，投切電流點Il可設定為額定輸出電流的20%，回差電流Λ I可設定為額定電流的2%。
[0044]根據上述流程，控制器5根據三相逆變橋的實時輸出電流進行開關Κ1、Κ2的通斷狀態控制，進而選取相應的濾波電路，對併網逆變器的輸出進行濾波。
[0045]以下經過試驗對比說明本發明併網逆變器的實際濾波效果。在對比試驗中，併網逆變器的額定電流為1068Α，設定投切電流為214Α，回差電流為21Α，將常規濾波效果(單個LC或LCL濾波方式)與組合濾波效果的轉換效率和輸出諧波進行綜合對比，試驗結果如表I所示。
[0046]表1
【權利要求】
1.一種併網逆變器，包括交流輸出濾波單元和數據採集器，所述交流輸出濾波單元和數據採集器之間設置有控制器，其特徵在於，所述數據採集器用於採集三相逆變橋的輸出電流，並將採集的電流數據輸出至控制器；所述交流輸出濾波單元中包括至少一個LC濾波器或LCL濾波器，每個LC濾波器或LCL濾波器的電感支路串聯至少一個第二電感，LC濾波器的電容支路並聯至少一個第二電容。
2.根據權利要求1所述的併網逆變器，其特徵在於，所述輸出濾波單元包括一個LC濾波器，所述LC濾波器的第一電感串聯第一開關和一個第二電感,LC濾波器的第一電容串聯第二開關，第一電容並聯一個第二電容；當第一開關和第二開關均斷開時，第一電感、第二電感和第一電容組成第一濾波電路；當第一開關和第二開關均連通時，第一電感、第一電容和第二電容組成第二濾波電路；所述控制器通過控制第一開關和第二開關同時斷開或連通進行第一濾波電路與第二濾波電路之間的切換。
3.根據權利要求2所述的併網逆變器，其特徵在於，所述控制器根據數據採集器採集的三相逆變橋的輸出電流控制第一開關和第二開關同時斷開或連通。
4.應用權利要求2的併網逆變器進行輸出濾波的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1:數據採集器實時採集三相逆變橋的輸出電流； 步驟2:控制器根據數據採集器採集的三相逆變橋的輸出電流控制交流輸出濾波單元中的第一開關和第二開關同時斷開或連通，進行第一濾波電路與第二濾波電路之間的切換。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於，所述步驟2包括: 步驟2-1:選取三相逆變橋輸出的三個電流中電流值最大的一個電流作為三相逆變橋的當前輸出電流； 步驟2-2:判斷當前輸出電流是否大於設定的投切電流與回差電流之和，如果是則控制第一開關和第二開關處於連通狀態，選取第二濾波電路；否則進入步驟2-3 ； 步驟2-3:進一步判斷當前輸出電流是否小於設定的投切電流與回差電流之差，如果是則控制第一開關和第二開關處於斷開狀態，選取第一濾波電路；否則返回步驟I。
6.根據權利要求5的方法，其特徵在於，所述投切電流設置為併網逆變器的額定電流的20%，所述回差電流設置為併網逆變器的額定電流的2%。
【文檔編號】H02J3/38GK103683999SQ201310746789
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】康智斌, 陳曉法, 陳超 申請人:四川英傑電氣股份有限公司