CN100483917C - 可再生能源回馈并网电路及其控制装置 - Google Patents

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本发明涉及一种可再生能源回馈并网电路及其上述回馈并网电路的控制装置，属于电能能量再生回馈的电力电子变换技术，用于电动机，城市交通轨道，静止无功补偿器，有源电力滤波器，统一潮流控制器，超导储能，新型UPS以及太阳能，风能等可再生能源的并网发电等。本发明是由输入直流电、功率单元、均流电感和输出交流电依次连接组成，所述的功率单元是由并联在正负母线之间的吸收滤波电路和位于吸收滤波电路后并联在正负母线之间的电平电路组成。本发明可以提高再生能源的运行效率，降低成本，并具有工作可靠，性能好，网侧功率因数高，电流总谐波低等特点。

Description

可再生能源回馈并网电路及其控制装置
(一)所属技术领域
本发明涉及一种可再生能源回馈并网电路及其上述回馈并网电路的控制装置，属于电能能量再生回馈的电力电子变换技术，用于电动机，城市交通轨道，静止无功补偿器，有源电力滤波器，统一潮流控制器，超导储能，新型UPS以及太阳能，风能等可再生能源的并网发电等。
(二)背景技术
在现有技术中处理可再生能源的方法一般有超级电容贮能、电磁轴承飞轮贮能、纯电阻消耗及回馈并网等方法。针对大功率再生能源系统来讲，超级电容贮能具有投入成本大、维护费用高等缺点；电磁轴承飞轮贮能目前仍在实验室阶段，可能存在一定技术难题；纯电阻能耗制动结构简单，运行可靠，操作方便，但发出的能量全部转化为电阻的热能消耗掉，所以效率非常低，在绝大多数可再生能源控制系统中是不适合应用的。
(三)发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种可再生能源回馈并网电路及其控制装置，以解决现有的再生能源系统中运行效率低、投入成本高的不足，具有工作可靠，性能好，网侧功率因数高，电流总谐波(THD)低等特点，属于当今世界的一种“绿色”电力电子变换技术。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明的可再生能源回馈并网电路，是由输入直流电、功率单元、均流电感和输出交流电依次连接组成，其特别之处在于：所述的功率单元是由并联在正负母线之间的吸收滤波电路和位于吸收滤波电路后并联在正负母线之间的电平电路组成；电平电路是由串联的功率器件和嵌位二极管组成，电平电路的每相嵌位二极管的中点相连后与滤波吸收电路的中间连接，电平电路的每相功率器件的串联中点分别经过均流电感与输出交流电连接。
本发明的可再生能源回馈并网电路，所述的功率单元和均流电感均为两个或两个以上，多个功率单元的输入端与输入直流电连接、输出端分别与相应的均流电感连接；多个均流电感输出端分别并联后与交流电连接。
本发明的可再生能源回馈并网电路，所述的电平电路为两电平电路、三电平电路、五电平电路或者七电平电路，也可以是其它的多电平电路。
本发明的可再生能源回馈并网电路，吸收滤波电路是由两个滤波电容串联组成。
上述可再生能源回馈并网电路的控制装置，其特别之处在于：母线电压给定信号后接电压调节器，电压调节器后接电流调节器，电流调节器后接PWM信号生成电路，PWM信号生成电路后接可再生能源回馈并网电路，可再生能源回馈并网电路后接均流与环流抑制电路，均流与环流抑制电路后接电网，在均流与环流抑制电路及电网之间连接有电流取样电路和电压取样及同步信号生成电路，电流取样电路后接电流调节器，电压取样及同步信号生成电路后接电压调节器。
本发明的可再生能源回馈并网电路的控制装置，涉及现代电力电子元器件模块化技术，PWM调制技术，载波相移多重化技术，并联均流技术等等，是一种电压外环和电流内环的双闭环控制系统，母线实际电压与设定电压相比较，得到误差信号经过电压调节器，形成系统电压外环，电压调节器的输出与网侧电压取样及同步信号相作用产生电流内外给定，此后在与网侧电流取样相比较，经过电流调节器形成电流内环，电流调节器的输出经过PWM信号生成电路，PWM信号生成电路生成PWM波经过驱动电路直接驱动主功率器件电路，主功率器件电路把直流变成交流经过均流与环流抑制电路直接回馈到电网，这样便形成电压外环电流内环的双闭环控制系统。
如果可再生能源回馈装置的回馈能量小，额定电压低，可以用两电平通用拓扑电路，如果额定电压低，但容量大，可以用两电平，多模块或多单元并联技术；如果额定电压高，但容量不大，可以用三电平或多电平通用拓扑，如果本发明的装置容量大，额定电压高，可以用三电平或多电平，多模块或单元并联技术，在模块并联中要注意模块均流技术，在单元并联中要注意PWM调制技术，载波相移多重化技术，并联均流控制等技术。
如果直流母线电压在750V—1850V之间，可以考虑二极管嵌位的三电平IGBT主电路，在系统容量大时，在考虑单元并联，每个单元载波具有一定的相移，则并联后的总电流谐波可以减少许多。在三电平多单元并联的可再生能源回馈并网电路中，正负母线电压实际值与母线设定值经过电压调节器，其输出与网侧电压取样电路和同步信号可成电路相作用，同样产生电流内环的给定电流信号，此信号在与网侧电流取样经过电流调节器，三电平PWM波生成电路，去驱动IGBT三电平功率主攻率器件，用三电平多单元并联技术，可以做到输出功率大，网侧功率因数高，电流总谐波(THD)小于5％，且调整响应快，系统易于控制。
本发明的有益效果是，可以提高再生能源的运行效率，降低成本，并具有工作可靠，性能好，网侧功率因数高，电流总谐波(THD)低等特点，属于当今世界的一种“绿色”电力电子变换技术。
(四)附图说明
图1是本发明所述的一种二极管嵌位的三电平电路的可再生能源回馈并网电路。
图2是本发明所述的一种要求容量大时的三电平电路多单元并联的可再生能源回馈并网电路。
图3是发明所述的可再生能源回馈并网电路的控制装置的方块图。
图中，1、功率器件，2、电平电路，3、滤波吸收电路，4、功率单元，11、母线电压给定信号，12、电压调节器，13、电流调节器，14、PWM信号生成电路，15、可再生能源回馈并网电路，16、均流与环流抑制电路，17、电流取样电路，18、电压取样及同步信号生成电路，19、电网。
L、L1……Ln：均流电感，C1、C2：电容，D1～D6、嵌位二极管，Vdc、输入直流电源，R、S、T输出交流电。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作具体的说明。
实施例1：
如图1所示，为一种二极管嵌位的三电平电路的可再生能源回馈并网电路图。其具体结构为：外部输入直流电源Vdc的正负母线之间并联了由C1和C2串联组成的吸收滤波电路3，在吸收滤波电路3后的正负母线之间并联了一组三电平电路2，三电平电路2的每相的嵌位二极管的中点相连后，在与滤波吸收电路3的中间连接，每一相的功率器件1串联的中点经过一个均流电感L与输出交流电R、S、T相连。
实施例2：
如图2所示，为一种要求容量大时的三电平电路多单元并联的可再生能源回馈并网电路图。其具体结构为：外部输入直流电源Vdc输送给功率单元4-1，功率单元4-1经过均流电感L1至输出交流电R、S、T；同样外部输入直流电源Vdc输送给功率单元4-2，功率单元4-2经过均流电感L2至输出交流电R、S、T；共有1个输入直流电源、n个功率单元、n个均流电感，形成n个相同的功率电路，均与最后的输出交流电R、S、T相连接。这n个相同功率电路的外部输入同一个直流电Vdc；n个分别并联后与输出交流电R、S、T连接。这里的功率单元可以是两电平电路、三电平电路、五电平电路、七电平电路或者其它的多电平电路，这种电路能够解决电压高和容量大时的系统要求。
实施例3：
如图3所示，为本发明的可再生能源回馈并网电路的控制装置。其具体结构为：母线电压给定信号11传送给电压调节器12，电压调节器12把输出信号传送给电流调节器13，电流调节器13把输出信号传送给PWM信号生成电路14，PWM信号生成电路14把PWM波信号传送给可再生能源回馈并网电路15，可再生能源回馈并网电路15把直流变成交流经过均流与环流抑制电路16直接回馈到电网19，在均流与环流抑制电路16及电网19之间设置有电流取样电路17和电压取样及同步信号生成电路18，电流取样电路17把电流取样信号反馈到电流调节器13形成电流内环，电压取样及同步信号生成电路18把电压信号及同步信号反馈到电压调节器12形成电压外环，这样最终就形成了一种电流内环电压外环的双闭环控制系统。

Claims (5)

1.一种可再生能源回馈并网电路的控制装置，其特征在于：母线电压给定信号(11)后接电压调节器(12)，电压调节器(12)后接电流调节器(13)，电流调节器(13)后接PWM信号生成电路(14)，PWM信号生成电路(14)后接可再生能源回馈并网电路(15)，可再生能源回馈并网电路(15)后接均流与环流抑制电路(16)，均流与环流抑制电路(16)后接电网(19)，在均流与环流抑制电路(16)及电网(19)之间连接有电流取样电路(17)和电压取样及同步信号生成电路(18)，电流取样电路(17)后接电流调节器(13)，电压取样及同步信号生成电路(18)后接电压调节器(12)。
2.根据权利要求1所述的可再生能源回馈并网电路的控制装置，其特征在于：所述的可再生能源回馈并网电路(15)是由输入直流电、功率单元、均流电感和输出交流电依次连接组成，所述的功率单元(4)是由并联在正负母线之间的吸收滤波电路(3)和位于吸收滤波电路(3)后并联在正负母线之间的电平电路(2)组成；电平电路(2)是由串联的功率器件(1)和嵌位二极管组成，电平电路(2)的每相嵌位二极管的中点相连后与滤波吸收电路(3)的中间连接，电平电路(2)的每相功率器件(1)的串联中点分别经过均流电感与输出交流电连接。
3.根据权利要求2所述的可再生能源回馈并网电路的控制装置，其特征在于：所述的功率单元(4)和均流电感均为两个或两个以上，多个功率单元(4)的输入端与输入直流电连接、输出端分别与相应的均流电感连接；多个均流电感输出端分别并联后与交流电连接。
4.根据权利要求2所述的可再生能源回馈并网电路的控制装置，其特征在于：所述的电平电路(2)为两电平电路、三电平电路、五电平电路或七电平电路。
5.根据权利要求2所述的可再生能源回馈并网电路的控制装置，其特征在于：吸收滤波电路(3)是由两个滤波电容串联组成。
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