发明专利｜适用于孤岛和并网模式的微电网功率变换系统

2017-10-20 13:17:19 北极星智能电网在线整理　点击量：评论 (0)

编者按：本发明公开了一种适用于孤岛和并网模式的微电网功率变换系统，包括直流电源电路、电容串联电路、变压器、第一开关管桥臂、第二开关管桥臂、控制电路和三相逆变器电路;电容串联电路的C1和C2中间连接点分别

(4)所述④ 状态为③ 状态的续流阶段，该状态下，开关管T1、T2、T3、T4关断;电流从N2线圈的非同名端流出，经过与开关管T3反并联的二极管D3、上电容C1后流回N2线圈的同名端，该电流不断减小，直到为0。

进一步地，当上电容C1上的电容电压大于下电容C2上的电容电压时，开关管T1和T3轮流导通，变压器N1线圈和N2线圈交替作为变压器原边，把上电容C1的能量传递到下电容C2上，实现两个电容电压的均衡;此模式下开关管T2和T4一直保持断开状态;

此时微电网功率变换系统的工作状态依次为：(1)T1导通，T2、T3、T4关断;(2)T1、T2、T3、T4关断;(3)T3导通，T1、T2、T4关断;(4)T1、T2、T3、T4关断;将这四种工作状态分别命名为⑤状态，⑥ 状态，⑦ 状态和⑧ 状态;

(1)⑤ 状态时，开关管T1导通，T2、T3、T4关断;电流从上电容C1的正端流出，经过开关管T1、N1线圈后流回上电容C1的负端;根据基尔霍夫方程得到：

公式中

为N1线圈两端的电压，

为开关管T1的导通压降;

与此同时，在变压器的N2线圈产生电流回路，电流从N2线圈的同名端流出，经过下电容C2、与开关管T4反并联的二极管D4后回到N2线圈的非同名端;此时：

为N2线圈两端的电压，

为二极管D4的导通压降;

变压器变比设为1，得到：

结合公式(9)、(10)、(11)，得到：

上电容C1的电压值与下电容C2的电压值之差为开关管T1的导通压降与二极管D4的导通压降之和;上电容C1在该工作状态中不断放出能量，能量被N1线圈吸收后传递给N2线圈，然后由N2线圈通过二极管D4不断向下电容C2充电;在这个过程中，上电容C1放电，下电容C2充电，不断减小，不断增加，二者电压差减少;

(2)⑤ 状态后是⑥ 状态，该状态下电流所有开关管全部关断，该阶段为⑤ 状态的续流阶段，电流从N1线圈的非同名端流出，经过下电容C2、二极管D2后流回绕组N1线圈的同名端，该电流大小不断减小，最终为0;

(3)⑦ 状态在⑥ 状态的续流完成后开始，该状态下开关管T3导通，T1，T2，T4关断;电流从上电容C1正端流出，经过开关管T3、N2线圈后流回上电容C1的负端，此时：

变压器副边N1线圈产生电流回路，电流从N1线圈的非同名端流出，经过下电容C2、

与开关管T2反并联的二极管D2后流回N1线圈的同名端，此时：

将变压器变比设为1，则

根据公式(13)、(14)、(15)得到：

上电容C1在该工作状态中不断放出能量，能量被N2线圈吸收后传递给N1线圈，然后由N1线圈通过二极管D2不断向下电容C2充电;在此过程中，上电容C1放电，下电容C2充电，不断减小，不断增加，二者电压差减少;

(4)⑦ 状态后紧接着是⑧ 状态，该状态下T1、T2、T3、T4关断;该状态为⑦ 状态的续流阶段，电流从N2圈的同名端流出，经过下电容C2、二极管D4后流回到N2线圈的非同名端，该回路的电流不断减小，直到为0。

进一步地，所述驱动信号生成模块包括减法运算单元，绝对值运算单元、限幅单元、三角波载波信号发生单元、多个比较器、数字逻辑运算单元、0V电压给定单元;

电压传感器检测到的电容C2两端的电压和直流电源电路的中性点电压分别输入减法运算单元;减法运算单元的一路输出信号依次通过绝对值运算单元和限幅单元后作为比较器A的一路输入信号，比较器A的另一路输入信号为三角载波信号发声单元产生的三角载波信号;

减法运算器的另一路输出信号和0V电压给定单元给定的0V电压分别输入比较器B;

比较器A和比较器B的输出信号分别输入数字逻辑运算单元，数字逻辑运算单元生成的控制信号G1、G2、G3和G4分别与开关管T1、T2、T3、T4的栅极相连接。

进一步地，所述数字逻辑运算单元生成控制信号的逻辑信号表达式：

式中，A表示符号位，即为比较器B的输出信号;B表示二分频信号;C表示原始的PWM信号，即比较器A的输出信号。

本发明的有益效果是：本发明的微电网功率变换系统能够将上下电容的电压差限制在一个开关管和一个二极管的导通压降之和以内;该电路拓扑能够有效降低上下电容的电压差，使得输出电压得到明显的改善，输出电压基波幅值基本与给定电压幅值接近，减少输出电压的谐波分量，不再发生B相电压波形畸变的情况;中性线电压波动更小，使得输出电压更加对称。

附图说明

图1为本发明的微电网功率变换系统的电路拓扑图;