CN105207499B - 一种直流微网用无变压器的三相dc-ac变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流微网用的无变压器的三相DC‑AC变换器，其包括：至少两个DC‑AC变换单元，至少两个DC‑AC变换单元并联连接；其中：两个DC‑AC变换单元错相并联。另外，还可以采用CPU通过PWM控制技术来自动控制DC‑AC变换器。本发明的直流微网用的无变压器的三相DC‑AC变换器不需要在直流母线和低压电网之间插入变压器，能够让DC‑AC变流器工作于最佳的调制率范围，提高了变换器效率以及减少了谐波输出。

Description

一种直流微网用无变压器的三相DC-AC变换器

技术领域

本发明涉及电力电子变流技术领域，特别涉及一种直流微网用无变压器的三相DC-AC变换器。

背景技术

微电网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。以直流方式传输的就叫直流微电网。

对于2000V直流母线电压变换到380V交流电网的要求而言，变比很高，一般传统的解决方式为加入一个笨重的交流变压器，使得对变换器的变比要求降低。图1所示为一个现有的直流母线电压高于2000V的直流微网，蓄电池、太阳能电池、低压380V电网通过各个端口的变流器接入直流母线。其中对于低压电网的接入变流器来说，因为母线电压相对于交流侧电压较高，所以通常不能直接将两端通过变流器直接连接，而是要加入一个工频变压器以实现两端电压的匹配，如图1的A端、B端、D端所示。

而加入的工频变压器会带来体积庞大、效率低的问题，而不加入这个变压器，有很难实现逆变/整流器工作在较佳的工作状态。因为两端的电压等级差别较大，所以其调制率可能很低从而导致输出波形含有较大的谐波，以及效率较低的问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种直流微网用的无变压器的三相DC-AC变换器，其不需要在直流母线和低压电网之间插入变压器，能够让DC-AC变换器工作于最佳的调制率范围，提高了变换器效率以及减少了谐波输出。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种直流微网用的无变压器的三相DC-AC变换器，其包括：至少两个DC-AC变换单元，所述DC-AC变换单元并联连接；其中：两个所述DC-AC变换单元错相并联。

较佳地，所述DC-AC变换单元用于实现2000V DC到1100V AC之间的变换。

较佳地，两个所述DC-AC变换单元错相60°并联，此处60°指的是两个DC-AC变换单元的PWM调制过程中的调制波相角差为60°。

较佳地，所述DC-AC变换单元与CPU相连。

较佳地，所述CPU通过PWM控制所述DC-AC变换单元。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的直流微网用的无变压器的三相DC-AC变换器采用了至少两台DC-AC变换器(DC-AC变换单元)并联的结构，每台DC-AC(DC-AC变换单元)都实现2000V DC到1100V AC之间的变换，这样可以保证每台DC-AC变换器(DC-AC变换单元)工作在最佳的调制比状态，有效降低了损耗，提升了效率；

(2)输出侧的至少两台DC-AC变流器(DC-AC变换单元)错相并联，这种错相的控制策略还可以有效降低输出谐波含量，例如若错相60°，可以有效消除输出交流电流中的三次谐波；

(3)省去了笨重的变压器，简化了变换器的结构。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有的DC-AC变换器的结构示意图；

图2为本发明的一实施例的三相DC-AC变换器的结构示意图；

图3为本发明的较佳实施例的三相DC-AC变换器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

结合图2，本实施例详细描述本发明的直流微网用的无变压器的三相DC-AC变换器，其包括至少两个DC-AC变换单元，此处以两个为例，两个DC-AC变换单元错相并联连接。

本实施例中，两个DC-AC变换单元错相60°，可以在输出测得到需要的低压400VAC。

如图2所示，本发明一实施例的变换器，该变换器由两个DC-AC变换单元并联组成。每个DC-AC变换单元由6只IGBT、直流母线电容和交流滤波电感组成。两个DC-AC变换单元的直流输入侧分别与电容C1并联连接，例如1号DC-AC变换单元中的Sa1、Sb1、Sc1三只IGBT的漏极、C1的阳极连接到节点1上，2号DC-AC变换单元的连接方式同理；在每个DC-AC变换单元中每个桥臂中点接滤波电感，例如1号DC-AC变换单元中的a相桥臂中，节点3连接滤波电感Lsa、Sa1的源极、Sa2的漏极，1号DC-AC变换单元的其余两相桥臂连接方式同理，2号DC-AC变换单元的连接方式同理；两个DC-AC变换单元每一项输出分别经由各自的滤波电感再连接到电网三相端口上，例如节点A连接电网A相端口、Lsa、Lqa，其余两相连接方式同理。

本实施例的DC-AC变换器采用两台DC-AC变换单元并联组成，每台DC-AC变换单元都用于实现2000V DC到1100V AC之间的变换，这样可以保证每台DC-AC变换器工作在最佳的调制比状态，有效提升了效率；另外，错相的控制策略可以有效降低输出谐波含量，可以有效消除输出交流电流中的三次谐波，同时错相策略可以使DC-AC变换器获得较高的变比，省去了交流变流器，有效提高了变换器的传输效率。

较佳实施例中，三相DC-AC变换器通过CPU自动控制，两个DC-AC变换单元可由同一CPU分别控制，分别通过PWM1和PWM2来控制，如图3所示。

如图3所示，其是在图2的基础上加入了CPU控制，主电路中各传感器和采样电路将采样信号(采样1、采样2两组信号)传递给CPU处理，CPU发PWM波(PWM1、PWM2两组信号)经过驱动电路来产生驱动波形，从而控制主电路中各个功率管的通断。

如图3中所示，1号DC-AC变换单元的采样电路将实时的电网电压传递给CPU，CPU通过锁相环的算法确定当前的电网电压相位。采样点路将实时的C1两端电压(即直流母线电压)传递给CPU，CPU通过电压环算法确定当前的电流指令峰值，再结合前面得到的电网电压相位，得到当前的电流指令。该电流指令经过电流环算法，得出当前电压指令，再通过与当前直流母线电压采样值的比较，得出当前的调制比。经由调制波与三角载波的比较，最终得出某一占空比的方波，从而控制1号DC-AC变换单元发出交流电流。而对于2号DC-AC变换单元，CPU将锁相环所得网压相位加上60°，并继续计算电流指令。

2号DC-AC变换单元其余的控制过程与1号相同。故2号DC-AC变换单元得到的调制波与1号相位差为60°，从而输出相位差60°的交流输出电压，两个DC-AC变换单元并联输出，从而得到了较低的输出电压。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种直流微网用的无变压器的三相DC-AC变换器，其特征在于，包括：至少两个DC-AC变换单元，所述DC-AC变换单元并联连接；其中：

两个所述DC-AC变换单元错相并联；两个所述DC-AC变换单元错相60°并联；

所述DC-AC变换单元与CPU相连；

1号DC-AC变换单元的采样电路将实时的电网电压传递给CPU，CPU通过锁相环的算法确定当前的电网电压相位，采样电 路将实时的C1两端电压即直流母线电压传递给CPU，CPU通过电压环算法确定当前的电流指令峰值，再结合前面得到的电网电压相位，得到当前的电流指令；该电流指令经过电流环算法，得出当前电压指令，再通过与当前直流母线电压采样值的比较，得出当前的调制比；经由调制波与三角载波的比较，最终得出某一占空比的方波，从而控制1号DC-AC变换单元发出交流电流；而对于2号DC-AC变换单元，CPU将锁相环所得网压相位加上60°，并继续计算电流指令；

2号DC-AC变换单元其余的控制过程与1号相同，故2号DC-AC变换单元得到的调制波与1号相位差为60°，从而输出相位差60°的交流输出电压，两个DC-AC变换单元并联输出，从而得到了较低的输出电压。

2.根据权利要求1所述的三相DC-AC变换器，其特征在于，所述DC-AC变换单元用于实现2000V DC到1100V AC之间的变换。

3.根据权利要求1或2所述的三相DC-AC变换器，其特征在于，所述CPU通过PWM控制所述DC-AC变换单元。