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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

图13为传统逆变器三相输出电压FFT分析图;

图14为传统的逆变器上下电容电压波形图;

图15为传统逆变器中性线流入分裂电容中点电流曲线图;

[0089] 图16为本发明的实施例的三相电压输出波形;

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，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;

所述电容串联电路包括串联的上电容C1和下电容C2，上电容C1的另一端与直流电源电路的正极相连，下电容C2的另一端连接直流电源电路的负极;上电容C1和下电容C2中间连接点分别与变压器的N1线圈非同名端和变压器N2线圈的同名端相连;

所述第一开关管桥臂包括串联的开关管T1和T2，开关管T1的发射极与开关管T2的集电极相连，开关管T1和T2分别反并联一个二极管D1和D2，开关管T1和T2的中间连接点与变压器N1线圈的同名端相连;

所述第二开关管桥臂包括串联的开关管T3和T4，开关管T3的发射极与开关管T4的集电极相连，开关管T3和T4分别反并联一个二极管D3和D4，开关管T3和T4的中间连接点与变压器N2线圈的非同名端相连;

开关管T1和T3的集电极与直流电源电路的正极相连，开关管T2和T4的发射极与直流电源电路的负极相连;

所述控制电路包括多个电压传感器、驱动信号生成单元;

电压传感器，用于检测下电容C2两端的电压，用于检测直流电源电路的中性点电压;

驱动信号生成模块，使用电压传感器的检测电压，结合0V给定电压，生成开关管T1、T2、T3、T4的控制信号G1、G2、G3和G4;

所述三相逆变器电路具备三相的开关管桥臂，每一相的所述开关管桥臂在上下臂分别具有开关管：开关管S1和S4串联、开关管S3和S6串联、开关管S5和S2串联分别作为逆变器的A、B、C三相，开关管S1、S4、S3、S6、S5、S2分别反并联一个二极管;每一相上臂的开关管(S1、S3、S5)连接到直流电源电路的正极，每一相下臂的开关管(S4、S6、S2)连接到直流电源电路的负极;所述上下臂的开关管之间的串联连接点作为各相的交流输出端子，分别通过电感La、Lb、Lc连接负载;所述电感La、Lb、Lc分别通过电容Cc、Cb、Ca与中性点N相连，中性点N同时连接到变压器N1线圈的非同名端和N2线圈的同名端，以及上电容C1与下电容C2的中间连接点。

相比与传统的分裂电容式三相四线逆变电路，本发明的功率变换系统多出了一个变压器，四个开关管(T1、T2、T3、T4)以及四个与开关管反并联的二极管(D1、D2、D3、D4)。从控制的角度说，该拓扑加入了分裂电容均压控制，需要新增四个PWM控制信号，用于控制四个开关管的导通和关断。

进一步地，所述直流电源电路包括多个串联的直流电压源。

进一步地，本发明的中性点电压偏移分为两种情况：一是中性点电压大于直流源电压的一半，即上电容C1上的电压小于下电容C2上的电压;二是中性点电压小于直流源电压的一半，即上电容C1上的电压大于下电容C2上的电压。下面分别说明这两种情况下系统的工作状态。

(一)当上电容C1上的电容电压小于下电容C2上的电容电压时，开关管T2和T4轮流导通，变压器N1线圈和N2线圈交替作为变压器原边，把下电容C2的能量传递到上电容C1上，实现上下电容电压的均衡，开关管T1和T3一直保持断开状态;

微电网功率变换系统依次包括以下四种工作状态：(1)T2导通，T1、T3、T4关断;(2)T1、T2、T3、T4关断;(3)T4导通，T1、T2、T3关断;(4)T1、T2、T3、T4关断;将这四种工作状态分别命名为① 状态，② 状态，③ 状态和④ 状态。

(1)所述① 状态时，开关管T2导通，T1、T3、T4关断，电路中的电流方向如图2所示。电流从下电容C2的正端流出，经过N1线圈和开关管T2后流回下电容C2的负端;根据基尔霍夫方程得到：