專利名稱：一種模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)同步逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)同步逆變器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種模擬同步發(fā)電機的三相并 網(wǎng)同步逆變器。
背景技術(shù)：
[0002]隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題的日益加劇，新能源的開發(fā)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(tǒng)能源 中的替代作用越來越強大。目前，新能源發(fā)電被認為是世界上最具發(fā)展前景的新能源技術(shù)， 各發(fā)達國家紛紛投入巨額資金開發(fā)研究，并大力拓展市場應(yīng)用。[0003]分布式微源通過逆變器接口將直流電逆變?yōu)榻涣麟姾髮⒛芰筐伻腚娋W(wǎng)，但作為一 種高頻電力電子變換器，傳統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器由于引入了低通濾波環(huán)節(jié)以及閉環(huán)控制方式， 導致控制滯后，使其不具備微源的快速跟蹤特性。尤其在微電網(wǎng)中，當多臺并網(wǎng)發(fā)電裝置并 聯(lián)運行時，由于并聯(lián)逆變器的輸出阻抗、連線阻抗不同，閉環(huán)控制器參數(shù)與輸出功率存在制 約關(guān)系。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(tǒng)的功率下垂控制法也 難以實現(xiàn)微電網(wǎng)中逆變器并聯(lián)的功率精確分配及環(huán)流抑制，微網(wǎng)系統(tǒng)魯棒性能較差。實用新型內(nèi)容[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種模擬同步發(fā)電 機運行的三相并網(wǎng)同步逆變器，實現(xiàn)多臺并網(wǎng)發(fā)電裝置的并聯(lián)運行。[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種模擬同步發(fā)電機的 三相并網(wǎng)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(cè)電壓檢測電路、上位機，所述三相逆變器包括三組并 聯(lián)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(cè)電壓檢測電路均與所述控制器連接，所述控制器通過 驅(qū)動保護模塊驅(qū)動所述IGBT模塊；所述直流側(cè)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(huán)電路并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(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所具有的有益效果為本實用新型的并網(wǎng)同步逆變 器能按照同步發(fā)電機的運行方式運行，與傳統(tǒng)發(fā)電模式更加接近，更容易并入傳統(tǒng)大電網(wǎng)， 并實現(xiàn)多臺并網(wǎng)發(fā)電裝置的并聯(lián)運行。


[0007]圖1為本實用新型一實施例拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；[0008]圖2為本實用新型一實施例控制模塊結(jié)構(gòu)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(cè)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(huán)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(zhuǎn)子同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)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(cè)電壓檢測電路、上位機，所述三相逆變器包括三組并聯(lián)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(cè)電壓檢測電路均與所述控制器連接，所述控制器通過驅(qū)動保護模塊驅(qū)動所述IGBT模塊；所述直流側(cè)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(huán)電路并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(lián)組成。[0018]所述控制器接有過壓保護電路和過流保護電路，所述過壓保護電路并接入所述三相逆變器輸入端與所述直流側(cè)電壓檢測電路之間；所述過流保護電路并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]所述控制器采用DSP芯片TMS320F2812。[0020]圖2為本實施例控制模塊結(jié)構(gòu)框圖。交流電流檢測電路、交流電壓檢測電路、直流側(cè)電壓檢測電路統(tǒng)稱為電壓電流檢測模塊。三相逆變器包括3組并聯(lián)的IGBT模塊，IGBT 模塊型號為FF450R17ME4，IGBT模塊的驅(qū)動部分采用型號為2SP0115T的驅(qū)動模塊。將同步發(fā)電機的電氣模型和機械模型應(yīng)用于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(yīng)電動勢e對應(yīng)，電容端電壓Un與同步發(fā)電機定子輸出端電壓對應(yīng)，輸出電感電流In與定子輸出電流i對應(yīng)，輸出濾波器阻感Ls和Rs與定子繞組的阻感對應(yīng)。三相電網(wǎng)電壓送入PLL鎖相環(huán)電路，其輸出為并網(wǎng)參考頻率并實現(xiàn)同步控制。通過模擬同步發(fā)電機的控制算法，使同步逆變器模擬同步發(fā)電機運行，逆變器輸出經(jīng)LCL濾波器后，通過隔離變壓器接入三相電網(wǎng)。[0021]如圖3所示，交流電流檢測電路采用霍爾電流傳感器LA55-P/SP50，該傳感器輸出的電流經(jīng)過采樣電阻，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓信號。[0022]如圖4所示，交流電壓檢測電路采用220/5V電壓互感器KD3518，其輸出通過一級 RC濾波進行低通濾波后，送至采樣芯片AD7656。[0023]如圖5所示，直流側(cè)電壓檢測電路采用霍爾電壓傳感器CHV-50P/800進行檢測，傳感器輸出信號經(jīng)采樣電阻得到電壓采樣信號，通過RC低通濾波器濾除信號毛刺后，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路變?yōu)?1(Γ+10ν的電壓信號，再送至外接的A/D采樣芯片AD7656進行數(shù)據(jù)采樣。 運放LM324輸入端并聯(lián)的二極管主要用于對采樣信號進行限幅。[0024]如圖6和圖7所示，直流側(cè)電壓與給定限值電壓通過運放LM393進行比較后，其輸出經(jīng)過驅(qū)動光電隔離芯片4504后，得到過壓保護信號，從而驅(qū)動繼電保護裝置動作。當檢測值大于設(shè)定安全閾值時，控制繼電器使并網(wǎng)開關(guān)跳閘。同步逆變器輸出的三相電流經(jīng)過霍爾傳感器進行檢測，并經(jīng)過有源濾波電路去除尖峰毛刺后，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(jīng)過低通有源濾波，和設(shè)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，三相并網(wǎng)母線電壓中的A相(B相或C相)電壓，經(jīng)過電壓傳感器 CHV-50P/600后，得到-5 +5V的交流電壓檢測信號，其輸出經(jīng)過由⑶4046構(gòu)成的鎖相環(huán)電路進行鎖相后，將檢測到的電網(wǎng)頻率和相位送入DSP芯片進行處理。[0026]圖9是理想三相整圓轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機的實際結(jié)構(gòu)圖。假定采用的同步發(fā)電機模型參數(shù)為極對數(shù)P=l。設(shè)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(nèi)積，電角速度《n=d Θ /dt, J是轉(zhuǎn)動慣量，Tffl是機械轉(zhuǎn)矩，Te是電磁轉(zhuǎn)矩，Dp是阻尼系數(shù)。E是旋轉(zhuǎn)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(yīng)電動勢表達式
權(quán)利要求1.一種模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)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(cè)電壓檢測電路、上位機，其特征在于，所述三相逆變器包括三組并聯(lián)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(cè)電壓檢測電路均與所述控制器連接，所述控制器通過驅(qū)動保護模塊驅(qū)動所述IGBT模塊；所述直流側(cè)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(huán)電路并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(jù)權(quán)利要求1所述的模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)同步逆變器，其特征在于，所述直流電源由直流微電源、EMI濾波器、儲能電容串聯(lián)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)同步逆變器，其特征在于，所述控制器接有過壓保護電路和過流保護電路，所述過壓保護電路并接入所述三相逆變器輸入端與所述直流側(cè)電壓檢測電路之間；所述過流保護電路并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(jù)權(quán)利要求1或3所述的模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)同步逆變器，其特征在于，所述控制器采用DSP芯片TMS320F2812。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)同步逆變器，其特征在于，所述IGBT模塊型號為FF450R17ME4 ;所述驅(qū)動保護模塊型號為2SP0115T ;所述濾波器采用LCL濾波器；所述交流電流檢測電路采用霍爾電流傳感器LA55-P/SP50 ;所述交流電壓檢測電路采用電壓互感器KD3518 ;所述直流側(cè)電壓檢測電路采用霍爾電壓傳感器CHV-50P/800。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)同步逆變器，其特征在于，所述鎖相環(huán)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芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種模擬同步發(fā)電機的三相并網(wǎng)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(cè)電壓檢測電路、上位機，本實用新型的并網(wǎng)同步逆變器能按照同步發(fā)電機的運行方式運行，與傳統(tǒng)發(fā)電模式更加接近，更容易并入傳統(tǒng)大電網(wǎng)，并實現(xiàn)多臺并網(wǎng)發(fā)電裝置的并聯(lián)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(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)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