CN103595288A - 能量可双向流动的三相逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流微网系统，本发明的能量可双向流动的三相逆变器，包括DSP主控板、电压电流传感器、调理电路、接触器驱动、IPM驱动电路、交流接触器、直流接触器、隔离变压器、IPM逆变器、保护逻辑电路，DSP主控板、电压电流传感器、接触器驱动、保护逻辑电路组合到一起，直流母线通过直流接触器与IPM逆变器相连，IPM逆变器通过滤波电路及隔离变压器后，分别经过交流接触器后与负载及电网相连；直流接触器、交流接触器分别受DSP主控板控制；DSP主控板输出的PWM信号通过保护逻辑电路后进入IPM驱动电路。其作为直流微网系统中电压调节器使用，还可将直流微网作为电网的备份电源，在电力系统故障时，向重要负载供电。

Description

能量可双向流动的三相逆变器

技术领域

本发明涉及一种直流微网系统，尤其涉及一种直流微网系统中的能量可双向流动的三相逆变器。

背景技术

电力需求随着国民经济的发展而迅速增长,大规模电力系统的弊端在电网规模不断扩大的过程中日益显现，分布式发电具有污染少、能源利用率高、安装地点灵活等优点，并且与集中式发电相比，节省了输配电资源与运行费用，减少了集中输电的线路损耗。分布式发电可以减少电网总容量，改善电网峰谷性能，提高供电可靠性，是大电网的有力补充和有效支撑。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种能量可双向流动的三相逆变器，其作为直流微网系统中电压调节器使用，还可将直流微网作为电网的备份电源，在电力系统故障时，向重要负载供电。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括DSP主控板、电压电流传感器、调理电路、接触器驱动、IPM驱动电路、交流接触器、直流接触器、隔离变压器、IPM逆变器、保护逻辑电路，DSP主控板、电压电流传感器、接触器驱动、保护逻辑电路组合到一起，直流母线通过直流接触器与IPM逆变器相连，IPM逆变器通过滤波电路及隔离变压器后，分别经过交流接触器后与负载及电网相连；直流接触器、交流接触器分别受DSP主控板控制；DSP主控板输出的PWM信号通过保护逻辑电路后进入IPM驱动电路，IPM驱动电路控制IPM逆变器；利用电压、电流传感器分别检测直流母线电压、流入逆变器的电流及隔离变压器原边的电压及电流，随后通过调理电路后，将电压、电流信号送入AD转换器，将频率及相位信息送入DSP主控板的CAP口，供DSP主控板检测频率及相位；AD转换器将模拟信号转换成数字信号后通过DSP数据总线传入DSP主控板。

所述的DSP主控板采用F28335型号。

所述的AD转换器采用AD7606型号。

在直流微网系统中，当系统中发电量充足时，系统中的用电及储能设备消耗不掉，可利用并网逆变器将直流电能转换成交流电能，输送到大电网上；而系统中发电量不足或大电网电能过剩时，还可以利用逆变器将大电网上的电能PWM整流成直流电输送到直流微网上；直流微网中存在着大量的储能元件，在大电网故障时，使逆变器工作在独立逆变模式下时，直流微网便可作为大电网的备用电源向一些比较重要的负载供电。

附图说明

图1为本发明的模块结构示意图；

图2为霍尔电压传感器电路图；

图3为霍尔电流传感器电路图。

具体实施方式

本发明的能量可双向流动的三相逆变器包括DSP主控板、电压电流传感器、调理电路、接触器驱动、IPM驱动电路、交流接触器、直流接触器、隔离变压器、IPM逆变器、保护逻辑电路，DSP主控板、电压电流传感器、接触器驱动、保护逻辑电路组合到一起，直流母线通过直流接触器与IPM逆变器相连，IPM逆变器通过滤波电路及隔离变压器后，分别经过交流接触器后与负载及电网相连；直流接触器、交流接触器分别受DSP主控板控制；DSP主控板输出的PWM信号通过保护逻辑电路后进入IPM驱动电路，IPM驱动电路控制IPM逆变器；利用电压、电流传感器分别检测直流母线电压、流入逆变器的电流及隔离变压器原边的电压及电流，随后通过调理电路后，将电压、电流信号送入AD转换器，将频率及相位信息送入DSP主控板的CAP口，供DSP主控板检测频率及相位；AD转换器将模拟信号转换成数字信号后通过DSP数据总线传入DSP主控板。

为保证弱电系统与强电系统隔离，采用霍尔电压、电流传感器来检测系统电压、电流。LEM公司生产的霍尔电压电流传感器得到广泛的应用，其精度高、零漂较小，但价格比较昂贵。考虑到本实验平台功率不高，电压级别也不高，要求的稳定性及精度不需要太高，遂采用国产TBC-D系列霍尔电流传感器和TBV10/20系列霍尔电压传感器。

TBC25D霍尔电流传感器为额定电流25A的穿孔式传感器。工作电压为±15V，其在额定电流时，输出25±0.5%mA的电流，失调电流为±0.2mA，带宽最高100KHz。

TBV10/20霍尔电压传感器先将被测电压转换成电流信号，然后再利用霍尔传感器测出该电流量，并输出与被测电流量成两倍关系的电流信号，该电流信号与被测电压完全隔离。需要选用合适的采样电阻将被测电压转换成适中的电流后才能利用霍尔电压传感器。由表4-2可知，霍尔电压传感器的额定输入电流有效值为10mA。若测量电压为U（V），则采样电阻R≥U×100（Ω）。本文需要测量的电压为48V直流母线电压，18V交流输出电压（三相变压器低压侧）。直流母线电压电压级别最高，选取串联采样电阻为5.1KΩ，测量直流电压时，霍尔电压传感器输入电流为9.41mA（直流），输出侧输出电流为18.82mA（直流）。为统一采样电路，在电压为18V交流电压时，串联采样电阻仍取5.1KΩ，则霍尔电压传感器输入电流为3.53mA（有效值），输出侧输出电流为7.06mA（有效值）。

目前较常用的电力系统检测相关的双极性AD，主要是AD公司的生产的76系列AD转换器。该系列转换器模拟电压输入范围分±10V和±5V，供电电压为±15V和±5V两种。本逆变系统采用AD7606，该转换器采用5V单电源供电，可通过外部编程方式实现量程为±10V或±5V真双极性AD转换，其八通道可同时采样，所有通道均能以高达200kSPS的吞吐速率采样。输入箝位保护电路可以耐受最高达±16.5V的电压。无论以何种采样频率工作，AD7606的模拟输入阻抗均为1MΩ。它采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗，因此无需驱动运算放大器和外部双极性电源。AD7606抗混叠滤波器的3dB截止频率为22kHz；当采样速率为200ksps时，它具有40dB抗混叠抑制特性。本文通过外部配置使AD7606的AD转换范围为±5V。

由于霍尔电压电流传感器测得的逆变器交流侧电压及电流是以交流电流信号的形式输出的。要通过采样电阻将交流电流信号转换成交流电压信号，方可利用AD转换器。由表4-2可知，采样电阻（测量电阻）最小值为100Ω，最大为350Ω。本课题取采样电阻为200Ω，这样在电压传感器输出20mA电流时，采样电阻上的电压为4V。图2为霍尔电压传感器外围电路图，图中的C1、C2、C3、C4为去耦电容，用于消除噪声对传感器电路的影响。电阻R4为霍尔电压传感器的串联采样电阻，电阻R5为输出电压采样电阻。Vout为P、N两端电压所对应的霍尔电压传感器输出电压。则V_out可通下式算得：

$V_{\mathrm{out}}=2\×\frac{U_{\mathrm{PN}}}{\mathrm{DA}}\×R5$

霍尔电压传感器输出电压与实际电压变比为2×R5/R4。取R5=200Ω，R4=5.1KΩ，则变比k_ud=1/12.75。

图3为TBC-D霍尔传电流感器外围电路图，该传感器外围电路与电压传感器基本一致。该电流传感器既可通过物理连线的方式，测量流过的电流值；也可通过穿孔的方式，非接触式的检测穿过电流传感器孔径的电流值。本逆变系统利用非接触式的电流测量方法。霍尔电流传感器输出电压与实际电流变比为R5/1000。R5取200Ω时，变比为1V/5A。

Claims (3)

1.一种能量可双向流动的三相逆变器，其特征在于，包括DSP主控板、电压电流传感器、调理电路、接触器驱动、IPM驱动电路、交流接触器、直流接触器、隔离变压器、IPM逆变器、保护逻辑电路，DSP主控板、电压电流传感器、接触器驱动、保护逻辑电路组合到一起，直流母线通过直流接触器与IPM逆变器相连，IPM逆变器通过滤波电路及隔离变压器后，分别经过交流接触器后与负载及电网相连；直流接触器、交流接触器分别受DSP主控板控制；DSP主控板输出的PWM信号通过保护逻辑电路后进入IPM驱动电路，IPM驱动电路控制IPM逆变器；利用电压、电流传感器分别检测直流母线电压、流入逆变器的电流及隔离变压器原边的电压及电流，随后通过调理电路后，将电压、电流信号送入AD转换器，将频率及相位信息送入DSP主控板的CAP口，供DSP主控板检测频率及相位；AD转换器将模拟信号转换成数字信号后通过DSP数据总线传入DSP主控板。

2.根据权利要求1所述的能量可双向流动的三相逆变器，其特征在于，所述的DSP主控板采用F28335型号。

3.根据权利要求1所述的能量可双向流动的三相逆变器，其特征在于，所述的AD转换器采用AD7606型号。

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