CN1728496A - 基于输出电压幅值调节的pwm逆变器并网无缝切换技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的基于输出电压幅值调节的PWM逆变器并网无缝切换技术，通过静态切换开关连接电网的逆变器在并网运行时为输出电流控制模式，在脱离电网独立带载运行时为输出电压控制模式，在从并网运行到独立运行的切换过程中，先将逆变器输出控制从电流控制转换为电压控制，并封锁静态切换开关的驱动信号，同时控制逆变输出电压幅值迫使静态切换开关的电流迅速下降到零，逆变器输出与电网脱离，从而平稳地切换到独立带载运行。本发明方法简单可行，切换快速，并在切换过程中抑制了负载电压的波动，保证了负载供电的连续性。本发明适用于各种形式PWM方法控制的三相或单相逆变电源，可用于太阳能、风力、燃料电池发电等各种并网与独立运行多功能电源系统。

Description

基于输出电压幅值调节的PWM逆变器并网无缝切换
技术领域
本发明涉及并网逆变电源的运行模式切换方法，尤其是基于输出电压幅值调节的PWM逆变器并网无缝切换技术。
背景技术
具有并网发电和独立带载运行的逆变电源，其电路结构通常包括基于高频开关的PWM控制单相或三相逆变器PCU、电压控制环、电流控制环、PWM波形生成环节、由电感电容构成的LCL低通滤波器以及连接电网与逆变器的静态切换反并联晶闸管开关STS。逆变器在并网运行时为输出电流控制环控制，在脱离电网独立带载运行时为输出电压控制环控制。两种运行模式的切换过程中输出电压与电流的波动将影响逆变器负载的供电质量，尤其在电网突发故障时，逆变器从并网运行到独立运行的切换过程中。传统的切换控制方法是在切换时先将静态开关STS的驱动撤除，待电流自然下降到零时关断，然后逆变电源转到电压控制独立带载运行模式。这种方法使输出电压存在较长的失控时间，易引起负载电压的较大扰动。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于输出电压幅值调节的PWM逆变器并网无缝切换技术，以缩短输出电压失控时间，减小负载电压扰动，实现并网逆变器从并网运行到独立带载运行的无缝切换。
本发明的基于输出电压幅值调节的PWM逆变器并网无缝切换技术，通过静态切换开关连接电网的逆变器在并网运行时为输出电流控制模式，在脱离电网独立带载运行时为输出电压控制模式，其特征是从并网运行到独立运行的切换过程中，先将逆变器输出控制从电流控制转换为电压控制，并封锁静态切换开关的驱动信号，同时控制逆变输出电压幅值迫使静态切换开关的电流迅速下降到零，逆变器输出与电网脱离，从而平稳地切换到独立带载运行。
上述的PWM逆变器从并网运行到独立运行的切换控制，可以通过具有电压控制环节、电流控制环节和切换控制指令开关SW的微处理器及其软件来实现，当SW为1时，逆变器运行于输出电流控制方式；当SW为0时，逆变器运行于输出电压控制方式。也可以通过具有电压控制环节、电流控制环节和上述切换控制逻辑的模拟数字混合电路来实现。
本发明的基于输出电压幅值调节的PWM逆变器并网无缝切换技术简单可行，实现了逆变器输出从并网到独立运行的快速切换，并在切换过程中抑制了负载电压的波动，切换时间仅为1ms左右，保证了负载供电的连续性。本发明适用于以MOSFET、IGBT以及其它半导体功率器件为开关，采用各种形式PWM方法控制的三相或单相逆变电源，用于太阳能、风力、燃料电池发电等各种并网与独立运行多功能电源系统。
附图说明
图1是本发明一种具体实现方法电路原理图；
图2是本发明的运行模式切换控制流程图；
图3是采用本发明的逆变器从并网到独立运行切换前后的输出电流和电压波形图；
图4是图3中的b相各电压电流在切换过程中(t0至t4时刻)波形的展开图。
具体实施方式
图1所示实例，PWM逆变器输出并网无缝切换采用微处理器的切换控制逻辑和切换控制指令开关SW实现，电源系统包括基于高频开关的PWM控制单相或三相逆变器PCU、由电感L1、L2、电容C构成的低通滤波器、静态切换反并联晶闸管开关STS和DSP微处理器，DSP微处理器中包括有独立运行的电压控制环、并网运行的电流控制环、PWM波形生成环节以及切换指令开关SW。本例中DSP微处理器采用TI公司的TMS320LF2407A。逆变器输出经过LCL低通滤波器连接到静态切换开关STS，STS的另一端连接到电网公共连接点PCC。滤波电容C电压Vo和公共连接点PCC的电压Vg，以及流经电感L2的并网电流Ig通过反馈电路连接到DSP微处理器，经DSP微处理器作信号处理后输出PWM开关信号到逆变器，通过逆变器驱动放大后输出。图中Vs为电网电压，Lg是电网线路电感。
逆变器独立运行的电压(幅值)给定信号V*输入到电压控制环节，首先与电网反馈信号Vg波形同步，生成交流电压给定v*，再经差分运算与实际的输出电压反馈信号相减后，误差信号经PI(比例积分)调节得到电压控制PWM生成给定信号uml，此信号连接到切换指令开关SW的0端；逆变器并网运行的电流(幅值)给定信号I2 *输入到电流控制环节，首先与电网反馈信号Vg波形同步，生成交流电流给定i2 *，再经差分运算与实际的输出电流反馈信号相减后，误差信号经PI调节得到电流控制PWM生成给定信号um2，此信号连接到切换指令开关SW的1端。切换指令开关选择两路输入其中之一到PWM波形生成环节，产生PWM开关信号，再输出到逆变器。当SW为1时，逆变器运行于输出电流控制方式；当SW为0时，逆变器运行于输出电压控制方式。
通过静态切换开关STS连接电网的逆变器在并网运行时为输出电流控制模式，在脱离电网独立带载运行时为输出电压控制模式，运行模式切换控制方法参见图2，首先电源系统运行于并网模式，控制逻辑检查运行模式切换条件，一旦满足(Y)则进入下一步运行模式切换过程，否则(N)则继续并网运行。本发明的特征是当满足切换条件，从并网运行到独立运行的切换过程时，先将逆变器输出控制从电流控制转换为电压控制(SW由“1”位转到“0”位)，并封锁静态切换开关STS的驱动信号。同时根据逆变运行模式控制逆变输出电压，即在逆变器发电运行时降低输出电压，在逆变器整流运行时提高输出电压，使电感L2的端电压VL与电流Ig反向，迫使静态切换开关的电流迅速下降到零，逆变输出与电网脱离，稍经延时后，逆变输出回调至额定电压幅值，从而切换到独立地带载运行。
以三相为例的并网运行到独立运行切换过程输出电压(即电容电压Vo)、电网电流Ig、电感L2电压VL的波形如图3和图4所示。图4是图3中的b相各电压电流在切换过程中(t0至t4时刻)波形的展开。图中Vo、ig分别对应图3中b相逆变输出电压Vob和电网电压Igb。
切换过程的逆变输出电压和电网电流波形分阶段说明如下：
阶段1(t0-t1)：
切换开始前，满足电网电压与电网电流同步要求，当逆变电源并网发电时，电网电流Ig与电压Vs同相。在t0时刻开始切换，SW由“1”位转到“0”位，逆变控制由电流控制模式转到电压控制模式，并调节电压幅值给定使输出电压Vo目标值下降，促使电感L2的端电压与电感电流反向并基本恒定。
阶段2(t1-t2)：
电感L2电流(电网电流Ig)在电压VL作用下快速下降，到t2时刻静态切换反并联晶闸管开关STS电流为零。
阶段3(t2-t3)：
静态切换反并联晶闸管开关STS电流下降到零后，在一段时间内，继续控制逆变输出电压幅值小于电网电压，持续时间大于静态切换反并联晶闸管开关STS的截止延时。
阶段4(t3-t4)：
在t3时刻，静态切换反并联晶闸管开关STS的断流时间足以保证其承受反向电压，逆变器控制输出电压目标值回到标准给定值，到t4时刻，负载电压回复正常。

Claims (2)

1.基于输出电压幅值调节的PWM逆变器并网无缝切换技术，通过静态切换开关连接电网的逆变器在并网运行时为输出电流控制模式，在脱离电网独立带载运行时为输出电压控制模式，其特征是从并网运行到独立运行的切换过程中，先将逆变器输出控制从电流控制转换为电压控制，并封锁静态切换开关的驱动信号，同时控制逆变输出电压幅值迫使静态切换开关的电流迅速下降到零，逆变器输出与电网脱离，从而平稳地切换到独立带载运行。
2.根据权利要求1所述的基于输出电压幅值调节的PWM逆变器并网无缝切换技术，其特征是所说的PWM逆变器从并网运行到独立运行的切换控制，可以通过具有电压控制环节、电流控制环节和切换控制指令开关SW的微处理器及其软件来实现，当SW为1时，逆变器运行于输出电流控制方式；当SW为0时，逆变器运行于输出电压控制方式。
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