專利名稱：一種pwm整流型能量回饋裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電工技術及電力電子技術，特別是PWM整流型有源逆變技術。本發(fā)明 也適應于新能源并網(wǎng)發(fā)電，特別是太陽能并網(wǎng)發(fā)電。
背景技術：
現(xiàn)有的全控制能量屈饋器中，其三個核心技術，即調(diào)制技術，回饋能量功率控制， 同步檢測， 一般以以下方式工作調(diào)制為隨機型經(jīng)滯環(huán)比較而得的方波型脈沖，頻 率為工頻級且不固定，給濾波增加困難，而且產(chǎn)生的低頻噪聲對人體極其有害；能 量回饋功率只考慮了電壓的幅值，沒有考慮電流的連續(xù)工作，逆變器經(jīng)常處于開通 與關斷間轉(zhuǎn)換，增加了額外的諧波含量，而且加大了逆變器的電應力；同步檢測為 硬件過零型檢測，電路復雜且精度較低；基本沒有考慮對于注入電網(wǎng)直流電流的防 御，在因器件特性不均或受到干擾而產(chǎn)生直流分量注入電網(wǎng)時，引起電網(wǎng)端變壓器 偏磁，進而異常發(fā)熱，危及電網(wǎng)安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種基于改進的相幅控制原理的定頻PWM整流型能量回饋裝置.根據(jù)直 流母線電壓及其泵升速率估算出回饋電網(wǎng)功率的最優(yōu)值，使電流處于連續(xù)且相對恒 定狀態(tài)，以減少注入電網(wǎng)的電流諧波含量；軟件鎖相減少了硬件復雜度，并使得檢 測諸如電壓趺落頻率漂移等電網(wǎng)故障更為可靠；PWM定頻調(diào)制，使得諧波成分固定且 為髙頻，減小了輸出端串聯(lián)電感的體積及開關噪聲。
本發(fā)明的核心內(nèi)容為改進的相幅控制及其PWM調(diào)制方法，即由直流母線電壓及
其泵升速率估箅出回饋電網(wǎng)能量的最優(yōu)值，并作為逆變器的參考輸入；基于旋轉(zhuǎn)坐標變換及模型參考自適應的軟件鎖相環(huán)技術；基于DSP與直流母線共地的逆變輸出 電壓直接檢測技術，可以精確檢測并防御逆變器輸出端因器件特性漂移或參數(shù)變化 或漏電流引起的直流分量注入電網(wǎng)。


圖l為主電路原理圖2為相幅控制原理圖3為軟件鎖相環(huán)原理圖4為電網(wǎng)電壓檢測原理圖5為直接電壓檢測原理圖6為具軟關斷功能的驅(qū)動電路原理圖7為本發(fā)明裝置的實驗波形圖8為本發(fā)明裝置的實驗波形的諧波分析圖； 具體實施方法
圖1所示，主電路由三相橋式電路，電網(wǎng)電壓檢測電路，輸出電壓直接檢測路， 電流檢測電路，驅(qū)動電路，以及控制電路構成，
如圖2所示，相幅控制基于穩(wěn)態(tài)等效單相相量圖。由于電感寄生電阻Rr較小， 工程上可忽略。為取得單位功率因數(shù)逆變，IA與UA相反，因而UL與UA垂直。故:
e:arctan(o丄/C/j)
其中，Idc-f(Udc)， dUdc為直流母線電壓差，則輸出電流lA可由下式估算
乙"z)C +先,f如圖3所示，軟件鎖相環(huán)基于模型參考自適應，
三相電壓經(jīng)3-2變換(Clarke)得到靜止坐標系之a(chǎn) ， p分量 1 1 1
再經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換得到在w 。旋轉(zhuǎn)坐標系下分量
以wO為角速度構造旋轉(zhuǎn)坐標系V，同步的問題等價于電網(wǎng)電壓在V的交直軸 上的投影應為直流量。不失一般性，可令
O0 = G + *p j[。
如圖4所示，電網(wǎng)電壓檢測不用考慮直流分量，經(jīng)脈沖變壓器得到隔離的電網(wǎng)電 壓信號，并進一步經(jīng)運算放大電路處理后送入DSP。
如圖5所示，逆變器輸出電壓檢測必須考慮直流分量，該電壓信號經(jīng)電阻分壓網(wǎng) 絡直接得到，并進一步經(jīng)運RC濾波電路處理后送入DSP。
如圖6所示，當P點電壓為高且UG1點電壓也為高時，QU3導通，使得UG1的電 壓從15伏被降至9伏，先限制流過功率三極管(M0SFET或IGBT)的電流，為幾個 微秒后徹底關斷做好準備，從而實現(xiàn)了軟關斷。
如圖7所示，為本發(fā)明裝置的實驗波形圖中，上面為電網(wǎng)電壓，下面為該相的電 流。測試條件電網(wǎng)電壓420V等價于直流母線電壓為595V。
直流母線電壓為630時，cos 4): 0.91 THD: 5.4%
直流母線電壓為660時，costj): 0.98THD: 5. OX該實驗結果說明，本發(fā)明的裝置完全能滿足分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)要求。
如圖8所示，為本發(fā)明裝置在直流母線電壓為690時，電流的頻譜圖。
3次諧波1.92%
6次諧波1. 12%
9次諧波0.72%
11次諧波0.52%
THD: 2. 39%
這進一步說明了本發(fā)明裝置性能的優(yōu)秀。
權利要求
1.一種PWM整流型能量回饋裝置，由有源逆變器和回饋控制電路組成。有源逆變器采用高頻定頻脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式控制，并根據(jù)改進型相幅原理計算出逆變電路輸出所需的電壓相角和幅值。該相角與幅值經(jīng)PWM方式調(diào)制后，通過信號放大與保護電路，驅(qū)動由6只IGBT(或MOSFET)功率三極管構成的三相逆變?nèi)珮?，使得回饋電網(wǎng)的電流只含有少量高頻諧波，即得到正弦波極好的電流。同時，經(jīng)由同步鎖相控制，該電流也被控制與電網(wǎng)電壓反相，即實現(xiàn)THD≤5％(諧波總含量)以及PF≥0.98(功率因數(shù))。
2. 如權利要求1所述的脈沖寬度調(diào)制(PWM)，其特征在于，該脈沖的面積當量與逆變 電路輸出電壓的幅值成正比。
3. 如權利要求1所述的改進型相角及幅值，由單相等效相量圖計算獲得，該相量圖 中電抗器的電壓量由直流母線電壓與電網(wǎng)電壓之差經(jīng)非線性比例積分控制獲得。
4. 如權利要求1所述的同步鎖相，其特征在于，釆用的是基于坐標變換及模型參自 適應控制的軟鎖相環(huán)技術.所述的坐標變換是指，將經(jīng)電壓釆樣電路所得的三相電壓 (U1， U2， U3)，實施3-2變換及Park變換.得到以可調(diào)模型角頻率W。為旋轉(zhuǎn)角速度 的旋轉(zhuǎn)dq坐標下的Ud, Uq;所述的模型參考自適應控制，其特征是，令dq坐標系下 的虛軸分量為零，即Uq=0則W?？梢愿S參考模型即電網(wǎng)電壓角頻率We，從而實現(xiàn)與 電網(wǎng)電壓同步軟鎖相。
5. 如權利要求l所述的信號放大電路，其特征在于，完全由分立組件(電阻/電容/二 極管/三相管)構成。
6. 如權利要求1所述的具有驅(qū)動電路，其特征在于，可以驅(qū)動大至300A的IGBT的 能力，并具有降壓軟關斷過流保護功能。
7. 如權利要求1所述的電壓采樣電路，其特征在于，電網(wǎng)電壓經(jīng)脈沖變壓器，得到 隔離的三相電網(wǎng)電壓。
全文摘要
一種PWM整流型能量回饋器，基于改進的相幅控制及其PWM調(diào)制方法，根據(jù)直流母線電壓及其泵升速率估算出回饋電網(wǎng)能量的最優(yōu)值，并作為逆變器的參考輸入；基于旋轉(zhuǎn)坐標變換及模型參考自適應的軟件鎖相環(huán)技術；基于DSP與直流母線共地的逆變輸出電壓直接檢測技術，可以精確檢測并防御逆變器輸出端因器件特性漂移或參數(shù)變化或漏電流引起的直流分量注入電網(wǎng)?；仞侂娋W(wǎng)功率的優(yōu)化，使電流處于連續(xù)且相對恒定狀態(tài)，可以減少注入電網(wǎng)的電流諧波含量；定頻PWM調(diào)制，使得諧波成分固定且為高頻，減小了輸出端串聯(lián)電感的體積及開關噪聲；軟件鎖相減少了硬件復雜度，并使得檢測諸如電壓跌落頻率漂移等電網(wǎng)故障更為可靠。
文檔編號H02M7/219GK101640489SQ200810144730
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權日2008年7月28日
發(fā)明者古俊銀 申請人:上海斯堪亞電氣調(diào)速設備有限公司