CN203056974U - 直驱风电系统并网逆变器的控制电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直驱风电系统并网逆变器的控制电源，属于一种逆变器控制电源，所述的控制电源包括依次连接的方波发生器、前后边沿延时电路、半桥变换驱动电路与隔离变压器，方波发生器用于产生方波信号，所述方波信号经前后边沿延时电路产生两路前后沿错位并互补的方波信号输出至半桥变换驱动电路，半桥变换驱动电路输出高频方波电压驱动隔离变压器隔离变换，并整流滤波输出直流电压。通过多路隔离电源的构成方式，所产生方波信号经边沿延时处理，使得半桥变换驱动电路带动多个隔离变压器，各隔离变压器副边交流电经整流滤波输出直流电压供给逆变器开关管驱动电路，可有效简化并网逆变器的结构，使直驱风电系统的构成更加灵活，且显著提高直驱风力发电系统并网逆变器运行的稳定性。

Description

直驱风电系统并网逆变器的控制电源

技术领域

本实用新型涉及一种逆变器控制电源，更具体的说，本实用新型主要涉及一种直驱风电系统并网逆变器的控制电源。

背景技术

当前，风力发电系统并网逆变器控制电源大多采用TOPswitch开关电源提供多路隔离电源。该控制电源与被控开关管的驱动电路之间连线的距离必须很近，否则，因为大功率开关电路的电磁耦合将影响驱动控制电路中被控器件的可靠工作。因此，有许多逆变器的控制、驱动电路紧靠被控器件，甚至驱动控制电路就骑跨在主开关模块之上，以获得尽可能短的电路连线。不管怎样，逆变器控制电源的连线在电路工作过程中，因为电路之间的电磁耦合，传输线上耦合的高频感应电压将很高，会影响到主电路工作的可靠性。除此之外，实际控制系统需要的隔离电源路数比较多，如5～6路，用TOPswitch构成比较复杂，参数设计比较麻烦，需要对隔离变压器的电感、吸收电路等进行严格的设计、调整和制作，工艺要求很高。因此，如何配置合适的控制电源，以及采取何种方式使隔离电源向被控器件提供工作电压，对风力发电系统并网逆变器装置的稳定运行至关重要。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于针对上述不足，提供一种直驱风电系统并网逆变器的控制电源，以期望解决现有技术中因逆变器控制电源连接线上耦合的高频感应电压较高，而影响逆变器主电路运行的可靠性，以及当需要多路隔离电源输出时，易增加电路设计的复杂性等技术问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型所提供的一种直驱风电系统并网逆变器的控制电源，所述的控制电源包括依次连接的方波发生器、前后边沿延时电路、半桥变换驱动电路、隔离变压器与输出整流滤波器，其中：方波发生器用于产生方波信号，所述方波信号经前后边沿延时电路产生两路前后沿错位并互补的方波信号输出至半桥变换驱动电路，半桥变换驱动电路输出高频方波电压驱动隔离变压器隔离变换，隔离变压器副边通过输出整流滤波器整流滤波输出直流电压。

作为优选，进一步的技术方案是：所述的隔离变压器为多个，且均接入半桥变换驱动电路的输出端，用于由半桥变换驱动电路输出的高频方波电压同时驱动多个隔离变压器隔离变换，隔离变压器副边再分别通过输出整流滤波器整流滤波输出多路直流电压。

更进一步的技术方案是：所述的隔离变压器是磁芯变压器。

更进一步的技术方案是：所述的半桥变换驱动电路的输出端通过隔直电容接入隔离变压器。

更进一步的技术方案是：所述的半桥变换驱动电路中包括半桥变换单元与半桥驱动单元，所述半桥变换单元与半桥驱动单元相连，用于从半桥驱动单元中获取电源。

更进一步的技术方案是：所述方波发生器的内部电路中至少包括555定时器，用于产生占空比为50％的方波信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是：通过多路隔离电源的构成方式，产生方波信号经边沿延时处理，使得半桥变换驱动电路带动隔离变压器，其副边再整流滤波输出直流电压供给逆变器开关管驱动电路，可有效简化并网逆变器的结构，使直驱风电系统的构成更加灵活，且显著提高直驱风力发电系统并网逆变器运行的稳定性。同时本实用新型所提供的一种直驱风电系统并网逆变器的控制电源结构简单，普适性强，且适于工业化生产，易于推广。

附图说明

图1为用于说明本实用新型实施例的电路结构框图；

图2为用于说明本实用新型一个实施例中的方波发生器内部电路结构图；

图3为用于说明本实用新型另一个实施例中的前后边沿延时电路结构图；

图4为用于说明本实用新型再一个实施例中的半桥变换驱动电路及隔离变压器电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

参考图1所示，本实用新型的一个实施例是一种直驱风电系统并网逆变器的控制电源，所述的控制电源包括依次连接的方波发生器、前后边沿延时电路、半桥变换驱动电路、隔离变压器与输出整流滤波器；前述接入的连接所要实现的功能是方波发生器用于产生方波信号，所述方波信号经前后边沿延时电路产生两路前后沿错位并互补的方波信号输出至半桥变换驱动电路，半桥变换驱动电路输出高频方波电压驱动隔离变压器隔离变换，隔离变压器副边通过输出整流滤波器整流滤波输出直流电压。

而在本实用新型的另一个实施例中，为适应逆变器所需要的多路隔离电源，需将上述的隔离变压器设置为多个，并均接入半桥变换驱动电路的输出端，其作用是由半桥变换驱动电路输出的高频方波电压同时驱动多个隔离变压器隔离变换，隔离变压器副边再分别通过输出整流滤波器整流滤波输出多路直流电压。

而在本实用新型对元器件选择上，更加优选的一个实施例是：采用555定时器作为方波发生器内部电路的核心器件，其作用为产生占空比为50％的方波信号，且信号频率控制在50KHz左右，此外，因为电路工作频率比较高，本电路设计为50KHz左右，所以隔离变压器体积很小，可以使用磁芯变压器实现功率传递，输出电压大小可以根据变压器原副边的匝数比来实现。

此外，发明人还针对半桥变换驱动电路与隔离变压器之间的抗不平衡能力进行了改进，即在半桥变换驱动电路的输出端与隔离变压器之间增设隔直电容。且上述的半桥变换驱动电路中包括半桥变换单元与半桥驱动单元，所述半桥变换单元与半桥驱动单元相连，其作用为从半桥驱动单元中获取电源，不需要额外给给电路提供控制电源，使电路构成更加简单。

下面再对本实用新型上述实施例中的直驱风电系统并网逆变器的控制电源做更为详细的阐述：

参考图2所示，为降低成本、减小电路体积，占空比为50％方波发生器由555定时器构成。

电路中，利用D₁、D₂的单向导电性将电容器C₁的充、放电回路分开，借助于电位器R₂的调节作用，便构成了占空比可调的方波振荡器。

在图2中，电路上电后，555的7端所联晶体管处于关断状态，电源通过R_A、D₁向电容C₁充电，充电时间为：

t_H≈0.7R_AC₁

当电容器电压达到555上限电压值时，555中的放电晶体管导通，电容器C₁通过D₂、R_B及555的7端所联晶体管放电。当电容电压低于555下限电压值时，555中的放电晶体管关断。放电时间为：

t_L≈0.7R_BC₁

因此，该方波振荡器的振荡频率为：

$f=\frac{1}{t_H+t_L}\≈\frac{1.43}{(R_A+R_B)}$

该方波振荡器输出的方波波形占空比为：

$\mathrm{\σ}=\frac{R_A}{R_A+R_B}\×100\%$

显然，该电路很容易得到占空比为50％的方波信号，电路所需要的工作频率也不是严格控制，因此，该方波振荡器的构成十分简单、方便。

参考图3所示，在上述前后边沿延时电路中，由方波振荡器产生的对称方波送到该延时电路输入端A，该信号及其倒相信号经过RC充电电路形成的两路信号B、C加到两个施密特触发器输入端，经过倒相整形得到两路错位驱动信号OUT₁、OUT₂，这两路信号的前后沿错开的时间与后续驱动的开关管的开关时间有关，目的是保证两只开关管不同时开通，避免直通短路。采用带有施密特触发回环的非门构成前后边沿延时电路，具有定时准确、参数调整方便、输出波形边沿陡峭等性能，尤其是经过非门3、5的整形，其输出波形更为优越。但要注意的是，该电路的输入A和输出OUT₁之间具有倒相关系，与输出OUT₂之间具有同相关系，对于本电源电路而言，输入和输出之间不需要考虑相位关系，因此，该相位关系不影响电源电路的正常工作。

如需要对电路做进一步简化，在满足逻辑控制要求的前提下可以省去非门3和5，电路的工作不受影响，但工作波形略差，输出驱动的管子要对调。

参考图4所示，在上述半桥变换驱动电路中，经过前后沿延时处理的驱动信号OUT₁、OUT₂送入图4半桥驱动电路输入端，经过半桥驱动器IR2110给半桥变换器的两管V₁、V₂以驱动，两管交替导通。V₁导通时，电流通过VCC-V₁-C₃-TB-地，变压器原边被激励，电容C₃充电，电压极性左正右负，副边感应电压经过整流桥输出上“+”下“-”的直流电压。V₂导通时，电容电流通过V₂-TB-C₃放电，变压器原边被负向激励，副边感应的反向电压经过整流桥仍输出上正下负的直流电压。输出电容C₄作为该整流电路的滤波电容，给负载提供平稳的直流电压。该电容可以选择有极性电容和一高频瓷片电容并联。

该电路中，电容C₃起隔直作用，其两端直流电压是半桥输出直流脉冲电压的平均值，极性为左“+”右“-”，不论OUT₁、OUT₂两路脉冲是否平衡对称，只要电路工作稳定，通过C₃之后加到变压器上的激励电压都是平均值为零的交流方波电压。因此，电路具有很好的抗不平衡能力。

根据逆变器需要，从半桥变换器输出端联接第二、第三、---等负载变压器，按照相同电路结构可以构成多路隔离电源，以满足并网逆变器隔离驱动要求，每一分支变压器及整流滤波电路按照各自负载情况确定电路参数。至于半桥变换电路元件参数，可根据所带负载的个数与大小，计算其元件参数。

而综上所述，本实用新型所能实现的技术效果和目的如下：

1、形成风力发电系统并网逆变器控制电源的新结构。直驱风力发电系统中，并网逆变器是联结风电系统与公共电网的桥梁，其稳定运行是完成风电并网的首要条件，也是影响风力发电系统能否与公共电网连接的重要因素。按照逆变器主电路拓扑结构，并网逆变器正常运行需要四路独立的隔离电源。通常情况下，大多采用Topswitch反激式开关电源构成多路隔离电源给桥路开关元件的驱动电路供电。但在实际使用过程中，因为主电路与控制电路之间的藕合干扰问题，致使加到逆变器驱动电路的控制电源电压不稳，影响并网逆变器运行的可靠性。本发明提出一种多路隔离电源的构成方式，该电源通过多谐振荡电路产生方波信号，经过边沿延时处理，驱动半桥逆变器带动高频隔离变压器，变压器输出经过整流滤波输出需要的直流电压，供给逆变器开关管驱动电路。比起Topswitch多路隔离电源，该电源具有电路结构简单、运行可靠、硬件成本低廉、输出电压稳定的优点。

2、该隔离电源的输出路数可以根据需要增减。多谐振荡电路产生的方波信号，经过边沿延时处理驱动半桥逆变器后，所接的高频隔离变压器的数目可以根据主电路的需要灵活确定，只要在电源电路设计时留有适当的裕量即可。每一路输出的电源结构相同，输出电源电路器件参数由对象需要确定。

3、该隔离电源的输出电压平稳无扰动。在该隔离电源中，每路电源均由隔离变压器输出的高频交流电经整流滤波后输出，只要设计好高频变压器，很容易获得所需要的直流控制电压，并使输出电压平稳。而且，该电源距离被控开关器件很近，可以与被控开关器件的驱动电路共同设计、布置，主电路的高频耦合干扰可以忽略，从而避免主电路与控制电路之间的干扰，保证并网逆变器电路的工作稳定。

4、该隔离电源可以避免半桥驱动电路的输出不平衡问题。由于该隔离电源的半桥驱动电路通过隔直电容与高频变压器相连，其两端直流电压是半桥输出直流脉冲电压的平均值，不论两路脉冲是否平衡对称，只要电路工作稳定，通过隔直电容之后加到高频变压器上的激励电压都是平均值为零的交流方波电压。因此，该隔离电源电路具有很好的抗不平衡能力。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.一种直驱风电系统并网逆变器的控制电源，其特征在于：所述的控制电源包括依次连接的方波发生器、前后边沿延时电路、半桥变换驱动电路、隔离变压器与输出整流滤波器，其中：方波发生器用于产生方波信号，所述方波信号经前后边沿延时电路产生两路前后沿错位并互补的方波信号输出至半桥变换驱动电路，半桥变换驱动电路输出高频方波电压驱动隔离变压器隔离变换，隔离变压器副边通过输出整流滤波器整流滤波输出直流电压。

2.根据权利要求1所述的直驱风电系统并网逆变器的控制电源，其特征在于：所述的隔离变压器为多个，且均接入半桥变换驱动电路的输出端，用于由半桥变换驱动电路输出高频方波电压同时驱动多个隔离变压器隔离变换，隔离变压器副边再分别通过输出整流滤波器整流滤波输出多路直流电压。

3.根据权利要求1或2所述的直驱风电系统并网逆变器的控制电源，其特征在于：所述的隔离变压器是磁芯变压器。

4.根据权利要求1所述的直驱风电系统并网逆变器的控制电源，其特征在于：所述的半桥变换驱动电路的输出端通过隔直电容接入隔离变压器。

5.根据权利要求1所述的直驱风电系统并网逆变器的控制电源，其特征在于：所述的半桥变换驱动电路中包括半桥变换单元与半桥驱动单元，所述半桥变换单元与半桥驱动单元相连，用于从半桥驱动单元中获取电源。

6.根据权利要求1所述的直驱风电系统并网逆变器的控制电源，其特征在于：所述方波发生器的内部电路中至少包括555定时器，用于产生占空比为50％的方波信号。

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