專利名稱：基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的pwm逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變電源的運(yùn)行模式切換方法，尤其是基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)。
背景技術(shù)：
具有并網(wǎng)發(fā)電和獨(dú)立帶載運(yùn)行的逆變電源，其電路結(jié)構(gòu)通常包括基于高頻開關(guān)的PWM控制單相或三相逆變器PCU、電壓控制環(huán)、電流控制環(huán)、PWM波形生成環(huán)節(jié)、由電感電容構(gòu)成的LCL低通濾波器以及連接電網(wǎng)與逆變器的靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS。逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)為輸出電流控制環(huán)控制，在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時(shí)為輸出電壓控制環(huán)控制。兩種運(yùn)行模式的切換過程中輸出電壓與電流的波動(dòng)將影響逆變器負(fù)載的供電質(zhì)量，尤其在電網(wǎng)突發(fā)故障時(shí)，逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程中。傳統(tǒng)的切換控制方法是在切換時(shí)先將靜態(tài)開關(guān)STS的驅(qū)動(dòng)撤除，待電流自然下降到零時(shí)關(guān)斷，然后逆變電源轉(zhuǎn)到電壓控制獨(dú)立帶載運(yùn)行模式。這種方法使輸出電壓存在較長的失控時(shí)間，易引起負(fù)載電壓的較大擾動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)，以縮短輸出電壓失控時(shí)間，減小負(fù)載電壓擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立帶載運(yùn)行的無縫切換。
本發(fā)明的基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)，通過靜態(tài)切換開關(guān)連接電網(wǎng)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)為輸出電流控制模式，在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時(shí)為輸出電壓控制模式，其特征是從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程中，先將逆變器輸出控制從電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，并封鎖靜態(tài)切換開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態(tài)切換開關(guān)的電流迅速下降到零，逆變器輸出與電網(wǎng)脫離，從而平穩(wěn)地切換到獨(dú)立帶載運(yùn)行。
上述的PWM逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換控制，可以通過具有電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)和切換控制指令開關(guān)SW的微處理器及其軟件來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)SW為1時(shí)，逆變器運(yùn)行于輸出電流控制方式；當(dāng)SW為0時(shí)，逆變器運(yùn)行于輸出電壓控制方式。也可以通過具有電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)和上述切換控制邏輯的模擬數(shù)字混合電路來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)簡單可行，實(shí)現(xiàn)了逆變器輸出從并網(wǎng)到獨(dú)立運(yùn)行的快速切換，并在切換過程中抑制了負(fù)載電壓的波動(dòng)，切換時(shí)間僅為1ms左右，保證了負(fù)載供電的連續(xù)性。本發(fā)明適用于以MOSFET、IGBT以及其它半導(dǎo)體功率器件為開關(guān)，采用各種形式PWM方法控制的三相或單相逆變電源，用于太陽能、風(fēng)力、燃料電池發(fā)電等各種并網(wǎng)與獨(dú)立運(yùn)行多功能電源系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明一種具體實(shí)現(xiàn)方法電路原理圖；圖2是本發(fā)明的運(yùn)行模式切換控制流程圖；圖3是采用本發(fā)明的逆變器從并網(wǎng)到獨(dú)立運(yùn)行切換前后的輸出電流和電壓波形圖；圖4是圖3中的b相各電壓電流在切換過程中(t0至t4時(shí)刻)波形的展開圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示實(shí)例，PWM逆變器輸出并網(wǎng)無縫切換采用微處理器的切換控制邏輯和切換控制指令開關(guān)SW實(shí)現(xiàn)，電源系統(tǒng)包括基于高頻開關(guān)的PWM控制單相或三相逆變器PCU、由電感L1、L2、電容C構(gòu)成的低通濾波器、靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS和DSP微處理器，DSP微處理器中包括有獨(dú)立運(yùn)行的電壓控制環(huán)、并網(wǎng)運(yùn)行的電流控制環(huán)、PWM波形生成環(huán)節(jié)以及切換指令開關(guān)SW。本例中DSP微處理器采用TI公司的TMS320LF2407A。逆變器輸出經(jīng)過LCL低通濾波器連接到靜態(tài)切換開關(guān)STS，STS的另一端連接到電網(wǎng)公共連接點(diǎn)PCC。濾波電容C電壓Vo和公共連接點(diǎn)PCC的電壓Vg，以及流經(jīng)電感L2的并網(wǎng)電流Ig通過反饋電路連接到DSP微處理器，經(jīng)DSP微處理器作信號(hào)處理后輸出PWM開關(guān)信號(hào)到逆變器，通過逆變器驅(qū)動(dòng)放大后輸出。圖中Vs為電網(wǎng)電壓，Lg是電網(wǎng)線路電感。
逆變器獨(dú)立運(yùn)行的電壓(幅值)給定信號(hào)V*輸入到電壓控制環(huán)節(jié)，首先與電網(wǎng)反饋信號(hào)Vg波形同步，生成交流電壓給定v*，再經(jīng)差分運(yùn)算與實(shí)際的輸出電壓反饋信號(hào)相減后，誤差信號(hào)經(jīng)PI(比例積分)調(diào)節(jié)得到電壓控制PWM生成給定信號(hào)uml，此信號(hào)連接到切換指令開關(guān)SW的0端；逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的電流(幅值)給定信號(hào)I2*輸入到電流控制環(huán)節(jié)，首先與電網(wǎng)反饋信號(hào)Vg波形同步，生成交流電流給定i2*，再經(jīng)差分運(yùn)算與實(shí)際的輸出電流反饋信號(hào)相減后，誤差信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到電流控制PWM生成給定信號(hào)um2，此信號(hào)連接到切換指令開關(guān)SW的1端。切換指令開關(guān)選擇兩路輸入其中之一到PWM波形生成環(huán)節(jié)，產(chǎn)生PWM開關(guān)信號(hào)，再輸出到逆變器。當(dāng)SW為1時(shí)，逆變器運(yùn)行于輸出電流控制方式；當(dāng)SW為0時(shí)，逆變器運(yùn)行于輸出電壓控制方式。
通過靜態(tài)切換開關(guān)STS連接電網(wǎng)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)為輸出電流控制模式，在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時(shí)為輸出電壓控制模式，運(yùn)行模式切換控制方法參見圖2，首先電源系統(tǒng)運(yùn)行于并網(wǎng)模式，控制邏輯檢查運(yùn)行模式切換條件，一旦滿足(Y)則進(jìn)入下一步運(yùn)行模式切換過程，否則(N)則繼續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行。本發(fā)明的特征是當(dāng)滿足切換條件，從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程時(shí)，先將逆變器輸出控制從電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制(SW由“1”位轉(zhuǎn)到“0”位)，并封鎖靜態(tài)切換開關(guān)STS的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。同時(shí)根據(jù)逆變運(yùn)行模式控制逆變輸出電壓，即在逆變器發(fā)電運(yùn)行時(shí)降低輸出電壓，在逆變器整流運(yùn)行時(shí)提高輸出電壓，使電感L2的端電壓VL與電流Ig反向，迫使靜態(tài)切換開關(guān)的電流迅速下降到零，逆變輸出與電網(wǎng)脫離，稍經(jīng)延時(shí)后，逆變輸出回調(diào)至額定電壓幅值，從而切換到獨(dú)立地帶載運(yùn)行。
以三相為例的并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行切換過程輸出電壓(即電容電壓Vo)、電網(wǎng)電流Ig、電感L2電壓VL的波形如圖3和圖4所示。圖4是圖3中的b相各電壓電流在切換過程中(t0至t4時(shí)刻)波形的展開。圖中Vo、ig分別對(duì)應(yīng)圖3中b相逆變輸出電壓Vob和電網(wǎng)電壓Igb。
切換過程的逆變輸出電壓和電網(wǎng)電流波形分階段說明如下階段1(t0-t1)切換開始前，滿足電網(wǎng)電壓與電網(wǎng)電流同步要求，當(dāng)逆變電源并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，電網(wǎng)電流Ig與電壓Vs同相。在t0時(shí)刻開始切換，SW由“1”位轉(zhuǎn)到“0”位，逆變控制由電流控制模式轉(zhuǎn)到電壓控制模式，并調(diào)節(jié)電壓幅值給定使輸出電壓Vo目標(biāo)值下降，促使電感L2的端電壓與電感電流反向并基本恒定。
階段2(t1-t2)電感L2電流(電網(wǎng)電流Ig)在電壓VL作用下快速下降，到t2時(shí)刻靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS電流為零。
階段3(t2-t3)靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS電流下降到零后，在一段時(shí)間內(nèi)，繼續(xù)控制逆變輸出電壓幅值小于電網(wǎng)電壓，持續(xù)時(shí)間大于靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS的截止延時(shí)。
階段4(t3-t4)在t3時(shí)刻，靜態(tài)切換反并聯(lián)晶閘管開關(guān)STS的斷流時(shí)間足以保證其承受反向電壓，逆變器控制輸出電壓目標(biāo)值回到標(biāo)準(zhǔn)給定值，到t4時(shí)刻，負(fù)載電壓回復(fù)正常。
權(quán)利要求
1.基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)，通過靜態(tài)切換開關(guān)連接電網(wǎng)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)為輸出電流控制模式，在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時(shí)為輸出電壓控制模式，其特征是從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程中，先將逆變器輸出控制從電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，并封鎖靜態(tài)切換開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態(tài)切換開關(guān)的電流迅速下降到零，逆變器輸出與電網(wǎng)脫離，從而平穩(wěn)地切換到獨(dú)立帶載運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)，其特征是所說的PWM逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換控制，可以通過具有電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)和切換控制指令開關(guān)SW的微處理器及其軟件來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)SW為1時(shí)，逆變器運(yùn)行于輸出電流控制方式；當(dāng)SW為0時(shí)，逆變器運(yùn)行于輸出電壓控制方式。
全文摘要
本發(fā)明公開的基于輸出電壓幅值調(diào)節(jié)的PWM逆變器并網(wǎng)無縫切換技術(shù)，通過靜態(tài)切換開關(guān)連接電網(wǎng)的逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)為輸出電流控制模式，在脫離電網(wǎng)獨(dú)立帶載運(yùn)行時(shí)為輸出電壓控制模式，在從并網(wǎng)運(yùn)行到獨(dú)立運(yùn)行的切換過程中，先將逆變器輸出控制從電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，并封鎖靜態(tài)切換開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態(tài)切換開關(guān)的電流迅速下降到零，逆變器輸出與電網(wǎng)脫離，從而平穩(wěn)地切換到獨(dú)立帶載運(yùn)行。本發(fā)明方法簡單可行，切換快速，并在切換過程中抑制了負(fù)載電壓的波動(dòng)，保證了負(fù)載供電的連續(xù)性。本發(fā)明適用于各種形式PWM方法控制的三相或單相逆變電源，可用于太陽能、風(fēng)力、燃料電池發(fā)電等各種并網(wǎng)與獨(dú)立運(yùn)行多功能電源系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02J3/38GK1728496SQ20051005076
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者沈國橋, 徐德鴻, 奚淡基 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)