CN103368442A - 一种并网逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种并网逆变器，包括相互连接的DC-DC电路及DC-AC逆变桥,还包括分相控制器，所述分相控制器控制所述DC－AC逆变桥产生一补偿电流，通过所述补偿电流补偿所述DC-AC逆变桥的负载AC端口由于连接不同的负载而产生的不平衡电流，使得所述DC-AC逆变桥输出的电流与负载处的电流相同，且不同DC-AC逆变桥端口输出的电流不同。本发明可有利的改善三相供电不平衡问题，同时能够自动补偿三相负载所需的无功功率，此功能逆变器应用的越多，效果将会越明显，在实现新能源的利用同时能解决电力供电不平衡问题，无功补偿问题，减少昂贵有源滤波器和无功补偿装置的应用，为电力部门节省供电成本，改善电网供电品质。

Description

一种并网逆变器
技术领域
本发明公开一种逆变器，更确切地说是一种用于光伏发电，太阳能并网的逆变器。
背景技术
在现有的光伏发电系统中，太阳能电池板产生的直流电必须通过并网逆变器转换成稳定的交流电才能实现并网功能，同时实现最大功率追踪和各种异常保护功能，传统三相并网逆变器每一相输出功率是对称的。
一般逆变器的拓扑结构如下图1所示：主要由DC-DC和DC-AC两部分组成，DC-DC部分主要功能是追踪MPPT和升BUS达到并网最低电压要求，当MPPT电压大于UBUS最低电压，DC-DC停止工作。
DC-AC部分主要负责控制BUS电压并将直流电转换成交流电并实现并网功能，输出功率三相对称，当DC-DC停止工作，追踪MPPT功能将由DC-AC完成。
传统并网逆变器存在的问题如图2框图所示:传统并网逆变器由于输出的三相功率是对称的，无法实现三相负载不平衡补偿功能。因此假如逆变器输出能自动检测出三相不平衡并且能够实现三相不平衡补偿，这将一定程度上改善电网不平衡问题。
如图6所示，其为现有技术中的三相逆变电路的结构示意图，其中的直流侧BUS电压由两组电容串联，把交流端的N线连到BUS的中点上，这样逆变器的三个桥臂是相互独立的，相当于三个单桥臂并联组合。
发明内容
本发明的目的是提供一种并网逆变器，其可以解决现有技术中的传统并网逆变器由于输出的三相功率是对称的，无法实现三相负载不平衡补偿功能，因此假如逆变器输出能自动检测出三相不平衡并且能够实现三相不平衡补偿的缺点。
本发明采用以下技术方案：
一种并网逆变器，包括相互连接的DC-DC电路及DC-AC逆变桥,还包括分相控制器，所述分相控制器控制所述DC－AC逆变桥产生一补偿电流，通过所述补偿电流补偿所述DC-AC逆变桥的负载AC端口由于连接不同的负载而产生的不平衡电流，使得所述DC-AC逆变桥输出的电流与负载处的电流相同，且不同DC-AC逆变桥端口输出的电流不同。
所述DC－AC逆变器设有一连接GRID的GRIDAC端口及一连接负载的负载AC端口。
所述DC-DC电路及DC-AC逆变桥之间通过一总线连接。
所述分相控制器包括一采样信号调整器,所述采样信号调整器采取DC-AC逆变器输出电流、GRID端的电流、负载端的电流及总线的电流，并将该电流的信号输送至一DSP主控制器，所述DSP主控制器产生调制波，并通过该调制波控制一PWM调制器，所述PWM调制器通过一驱动电路驱动控制所述DC-AC逆变桥。
所述DC-AC逆变桥电路为一三相四桥臂电路。
所述三相四桥臂电路包括源极与漏极依次连接的第一P沟通绝缘栅场效应管和第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管和第六绝缘栅双极型晶体管、第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管；所述第一绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管和第七绝缘栅双极型晶体管的漏极均连接DC-DC的输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管及第八绝缘栅双极型晶体管的源极均连接DC-DC部分的输入端，且所述第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管、第七绝缘栅双极型晶体管及第八绝缘栅双极型晶体管的漏极分别连接一二极管的负极，且及二极管的正极连接源极。
所述第一绝缘栅双极型晶体管与第二绝缘栅双极型晶体管之间、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管之间、第五绝缘栅双极型晶体管与第六绝缘栅双极型晶体管之间分别连接一相线、第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管之间连接一零线。
所述采样信号调整器采取DC-AC逆变器输出电流、GRID端的电流、负载端的电流的的三相电流。
所述总线上设有串联的第一电容和第二电容。
所述DC-DC电路包括一带阻尼二极管IGBT场效应管，且其集极连接电源的输入端、发射极连接电源的输出端，还包括一第三电容，所述第三电容连接于所述带阻尼二极管IGBT场效应管的集极和发射极之间。
本发明的优点是：
本发明可有利的改善三相供电不平衡问题，同时能够自动补偿三相负载所需的无功功率，此功能逆变器应用的越多，效果将会越明显，在实现新能源的利用同时能解决电力供电不平衡问题，无功补偿问题，减少昂贵有源滤波器和无功补偿装置的应用，为电力部门节省供电成本，改善电网供电品质。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是传统逆变器拓扑图。
图2是传统逆变器的三相功率不对称问题的原理图。
图3是本发明的逆变器AC输出端口的结构示意图。
图4是本发明的逆变器的拓扑结构示意图。
图5是本发明的DC-DC电路框图。
图6是现有技术的逆变器的拓扑结构示意图。
图7是本发明的逆变器的结构示意图。
图8是本发明的分相控制器的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明的具体实施方式：
如图7所示，一种并网逆变器，包括相互连接的DC-DC电路及DC-AC逆变桥,还包括分相控制器，所述分相控制器控制所述DC－AC逆变桥产生一补偿电流，通过所述补偿电流补偿所述DC-AC逆变桥的负载AC端口由于连接不同的负载而产生的不平衡电流，使得所述DC-AC逆变桥输出的电流与负载处的电流相同，且不同DC-AC逆变桥端口输出的电流不同。
本发明中的所述DC－AC逆变器设有一连接GRID的GRIDAC端口及一连接负载的负载AC端口，如图3所示。所述DC-DC电路及DC-AC逆变桥之间通过一总线连接。
本发明中分相控制器包括一采样信号调整器,所述采样信号调整器采取DC-AC逆变器输出电流、GRID端的电流、负载端的电流及总线的电流，并将该电流的信号输送至一DSP主控制器，所述DSP主控制器产生调制波，并通过该调制波控制一PWM调制器，所述PWM调制器通过一驱动电路驱动控制所述DC-AC逆变桥。
如图4所示，本发明中的所述DC-AC逆变桥电路为一三相四桥臂电路。所述三相四桥臂电路包括源极与漏极依次连接的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1和第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2、第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3和第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4、第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5和第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6、第七绝缘栅双极型晶体管IGBT7和第八绝缘栅双极型晶体管IGBT8；所述第一绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管和第七绝缘栅双极型晶体管的漏极均连接DC-DC的输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管及第八绝缘栅双极型晶体管的源极均连接DC-DC部分的输入端，且所述第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管、第七绝缘栅双极型晶体管及第八绝缘栅双极型晶体管的漏极分别连接一二极管的负极，且及二极管的正极连接源极。所述第一绝缘栅双极型晶体管与第二绝缘栅双极型晶体管之间、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管之间、第五绝缘栅双极型晶体管与第六绝缘栅双极型晶体管之间分别连接一相线、第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管之间连接一零线。
本发明中的采样信号调整器采取DC-AC逆变器输出电流的三相电流Ia、Ib、Ic，GRID端的电流的三相电流Ua、Ub、Uc,负载端的电流的三相电流I1、I2、I3。
本发明中的所述总线上设有串联的第一电容C1和第二电容C2。所述DC-DC电路包括一带阻尼二极管IGBT场效应管，且其集极连接电源的输入端、发射极连接电源的输出端，还包括一第三电容，所述第三电容连接于所述带阻尼二极管IGBT场效应管的集极和发射极之间,DC-DC即BOOST电路与原有逆变器电路一样，主要功能是追踪MPPT和升BUS电压作用，通过MPPT算法和BOOST控制电路调整PWM的占空比D去控制BOOST电路中的开关管开和关，实现追踪MPPT和升BUS功能,如图5所示。
本发明如何把从负载CT（电流传感器）上检测出的实际电流实时反馈给逆变控制器使得逆变控制器输出相应的控制参数，进而控制逆变电路输出相应的电流用来补偿三相负载造成的不平衡电流，并且同时满足光伏并网逆变器所有性能指标。
本发明中为了实现分相系统补偿和中性线流过更大电流，通过在逆变电路上增加一个桥臂形成三相四桥臂拓扑，增加的第四个桥臂用来控制中性线的电流，通过增加Load CT电流采样电路，得到逆变控制对象所需的跟踪参考电流，通过对Load电流，逆变器输出电流进行运算，得到控制器的参考电流，在经过系统控制策略的设计，得到控制BUS和控制输出参考电流的共同控制，输出相应调制波通过PWM调制器产生PWM驱动DC-AC逆变桥输出相应的INV电流以补偿不平衡负载造成的三相不平衡电流。为了实现每相负载电流输出相应的补偿电流，逆变控制器单独加入分相控制器，单独控制每个桥臂，实现每相输出负载相应需要的电流，使得逆变器输出电流Ia=I1，Ib=I2，Ic=I3，并且可以实现Ia≠Ib≠Ic三相不平衡输出。
如图8所示，其本发明中分相控制器的控制原理图，直流母线BUS电压作为控制参考对象输入到控制器中，与当前采样电路采样得到的BUS电压进行差值运算得到一个ΔU，ΔU通过设计的PI控制器，可以得到一个Id参考电流；假设Load CT采样到的R相负载电流为I1，对R相负载电流I1构造成一个三相交流，分别为I1；I1.1；I1.2，幅值相等，相位差相差120°，对I1；I1.1；I1.2，进行dq0坐标变化，得到Id1，Id1与参考电流Id作差，得到ΔI，ΔI经过设计的PI控制器得到输出所需参数，在进行dq0→abc坐标反变换，得到最终的调制波，调制波经过载波调制后，就能得到三相abc各个桥臂的PWM驱动波形，这里只取R相的驱动波形，同理S相和T相经过与R相同样的控制过程得到相应的PWM驱动波形，即每相的参考电流得到驱动波形都有三组，但只取对应参考电流的那相驱动波形。第四桥臂是用于控制直流母线BUS的电压差，通过BUS电压差输入到控制器，经过第四桥臂的控制器可以得到相应的第四桥臂PWM驱动波形，通过对第四桥臂的控制，可以实现当输出三相电流等于三相不平衡负载电流的情况下，维持直流母线正负BUS电压平衡。
本发明具有自我保护的功能，具有自我检测功能，电路检测:逆变模块并网前必须对内部检测电路进行自检，包括输出继电器，漏电流检测等；控制器检测:逆变模块必须实时检测两个控制器之间的通讯功能是否异常。
同时具有故障保护功能，逆变模组的保护功能根据严重程度分为三类：警告(Warning)、可恢复故障(Fault)和不可恢复故障(Permanent Fault)。主要有直流过压保护、直流欠压保护、直流过流保护、交流过压保护、交流欠压保护、交流过流保护、短路保护、检测电路异常保护、过温保护、风扇侦测保护等。严重程度不同的故障会有不同的保护方式。比如风扇停转属于警告，当故障发生时，系统会发出报警，但继续保持原有状态；而交流侧电压过高属于可恢复故障，当故障发生时，系统转入故障状态，等故障解除后自动转入运行状态；当交流电流瞬间变化极大超出设定值的故障属于不可恢复故障，该故障发生时，系统会直接关机，需人工操作解除故障。
本发明由于采用此功能的逆变器，将会有利的改善三相供电不平衡问题，同时能够自动补偿三相负载所需的无功功率，此功能逆变器应用的越多，效果将会越明显，在实现新能源的利用同时能解决电力供电不平衡问题，无功补偿问题，减少昂贵有源滤波器和无功补偿装置的应用，为电力部门节省供电成本，改善电网供电品质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种并网逆变器，包括相互连接的DC-DC电路及DC-AC逆变桥,其特征在于，还包括分相控制器，所述分相控制器控制所述DC－AC逆变桥产生一补偿电流，通过所述补偿电流补偿所述DC-AC逆变桥的负载AC端口由于连接不同的负载而产生的不平衡电流，使得所述DC-AC逆变桥输出的电流与负载处的电流相同，且不同DC-AC逆变桥端口输出的电流不同。
2.根据权利要求1所述的并网逆变器，其特征在于，所述DC－AC逆变器设有一连接GRID的GRIDAC端口及一连接负载的负载AC端口。
3.根据权利要求2所述的并网逆变器，其特征在于，所述DC-DC电路及DC-AC逆变桥之间通过一总线连接。
4.根据权利要求3所述的并网逆变器，其特征在于，所述分相控制器包括一采样信号调整器,所述采样信号调整器采取DC-AC逆变器输出电流、GRID端的电流、负载端的电流及总线的电流，并将该电流的信号输送至一DSP主控制器，所述DSP主控制器产生调制波，并通过该调制波控制一PWM调制器，所述PWM调制器通过一驱动电路驱动控制所述DC-AC逆变桥。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的并网逆并器，其特征在于，所述DC-AC逆变桥电路为一三相四桥臂电路。
6.根据权利要求5所述的并网逆变器，其特征在于，所述三相四桥臂电路包括源极与漏极依次连接的第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管和第六绝缘栅双极型晶体管、第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管；所述第一绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管和第七绝缘栅双极型晶体管的漏极均连接DC-DC的输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管及第八绝缘栅双极型晶体管的源极均连接DC-DC部分的输入端，且所述第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管、第六绝缘栅双极型晶体管、第七绝缘栅双极型晶体管及第八绝缘栅双极型晶体管的漏极分别连接一二极管的负极，且及二极管的正极连接源极。
7.根据权利要求6所述的并网逆变器，其特征在于，所述第一绝缘栅双极型晶体管与第二绝缘栅双极型晶体管之间、第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管之间、第五绝缘栅双极型晶体管与第六绝缘栅双极型晶体管之间分别连接一相线、第七绝缘栅双极型晶体管和第八绝缘栅双极型晶体管之间连接一零线。
8.根据权利要求7所述的并网逆变器，其特征在于，所述采样信号调整器采取DC-AC逆变器输出电流、GRID端的电流、负载端的电流的的三相电流。
9.根据权利要求7所述的并网逆变器，其特征在于，所述总线上设有串联的第一电容和第二电容。
10.根据权利要求8所述的并网逆变器，其特征在于，所述DC-DC电路包括一带阻尼二极管IGBT场效应管，且其集极连接电源的输入端、发射极连接电源的输出端，还包括一第三电容，所述第三电容连接于所述带阻尼二极管IGBT场效应管的集极和发射极之间。
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