用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法与流程

本发明涉及电力系统控制技术领域，尤其涉及一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法。

背景技术：

随着能源消耗的日益增长，不可再生的化石燃料终将枯竭，因此绿色清洁能源如风力发电、光伏发电、燃料电池等得到了快速发展。分布式发电技术作为清洁能源并网的有效方式，受到越来越多人的重视。由于分布式发电系统调节方式和自身结构固有特性，利用风能、太阳能等的分布式发电系统的输入能量具有天然波动性，所以，分布式电源输出功率波动很大，其输出电压多是在一个很宽的范围内变化，不确定性程度高，容易造成电网电压波动引起闪变，且分布式发电系统无法通过相关措施对输出功率进行等级分类，因此，对于分布式电源发电系统的电压输入范围和多端输出功率等级分类提出了更高的要求。目前分布式发电系统主要通过Boost-Buck升降压电路来改善分布式电源输入电压范围拓宽的措施，当涉及到功率等级的提升，往往需要功率等级极高的元件，Boost-Buck升降压电路固有器件的特性限制了分布式发电系统的电压输入范围和功率等级的分类。对于分布式电源发电系统，不仅需要宽范围的电压输入，也需要简单可靠的措施对功率等级进行分类，以适应不同环境下对分布式发电系统的需求。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法，针对的是分布式电源并网的电压输入范围的提升和并网输出功率等级的分类，结合硬件辅助电路、控制方法与控制系统硬件结构，能够拓宽分布式电源并网的电压输入范围，对并网输出功率等级进行分类，避免由于环境或其它因素造成的电压波动对分布式发电系统的影响，满足不同环境下对输出并网功率的需求，并具有增强人机对话的功能。

一方面，本发明提供一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置，包括微处理器单元、全桥高频阵列单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、MOSFET/IGBT驱动单元、电压检测单元、电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机；

所述的微处理器单元用于处理电流检测单元和电压检测单元采集到的电流和电压信息，进而驱动MOSFET/IGBT驱动单元控制MOSFET和IGBT器件的通断，同时将采集到的电流电压信息传输到上位机，PC端记录电压和电流信息，为拓宽分布式电源并网的电压输入范围和输出功率等级分类提供保障；所述微处理器单元包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片；所述MOSFET/IGBT驱动单元通过第一缓冲芯片与主控芯片连接，所述电流检测单元和电压检测单元均通过第二缓冲芯片与主控芯片连接，所述无线通讯单元直接与所述主控芯片连接；

所述全桥高频阵列单元包括五个结构相同的全桥高频稳压电路，设于两根直流母线上，用于拓宽分布式电源并网的电压输入范围；所述的全桥高频阵列单元包括三个输入端和一个输出端，所述的高频阵列单元的第一输入端通过电流检测单元和电压检测单元连接作为分布式并网电源的储能变换电池，所述全桥高频阵列单元的第二输入端连接所述MOSFET/IGBT驱动单元输出端，所述全桥高频阵列单元的第三输入端连接微处理器单元的第二输出端，所述全桥高频阵列单元的输出端连接复合缓冲单元的第一输入端；

所述复合缓冲保护单元包括两个结构相同的第一复合缓冲电路和第二复合缓冲电路，分别设于两根母线I和II上，用于抑制IGBT器件通断时母线上尖峰电压；所述复合缓冲保护单元包括两个输入端和两个输出端，所述复合缓冲保护单元的第一输入端连接高频阵列单元的输出端，所述复合缓冲保护单元的第二输入端连接所述MOSFET/IGBT驱动单元的输出端，所述复合缓冲保护单元的第一输出端连接电流检测单元的输入端，所述复合缓冲保护单元的第二输出端连接功率变频单元的第一输入端；

所述功率变频单元用于将母线侧直流电压转变为电网侧交流电压，包括6个结构相同的子单元，各子单元的电路结构均与所述第一或第二复合缓冲电路的电路结构相同；

所述MOSFET/IGBT驱动单元包括驱动芯片及外围保护电路，用于将微处理器单元输出信号进行升压处理，进而达到控制MOSFET和IGBT器件栅极所需电压；

所述电压检测单元用于检测复合缓冲保护单元、高频阵列单元第一输入端和功率变频单元三路输出端的电压，包括两组电路结构相同的电压检测电路；

所述电流检测单元用于检测变换装置中待检测点的电流是否超出或低于预设电流阈值范围，包括桥臂直通电流检测单元、母线电流检测单元和负载电流检测单元，所述桥臂直通故障电流检测单元的检测电路为分散过流保护电路，用于检测复合缓冲单元和功率变频单元中待检测点的桥臂直通电流是否超过预设电流值，所述母线电流检测单元和负载电流检测单元的检测保护电路均为集中过流保护电路，所述母线电流检测单元用于检测直流母线待检测点的电流是否超过预设电流阈值范围，且在两根母线上分别设有一个母线电流检测单元，所述负载电流检测单元设于负载连接线上，用于检测负载连接线上待检测点的电流是否超过预设电流阈值范围；

所述无线通讯单元用于将微处理单元的信号无线传输给上位机；

所述LC滤波器用于滤除功率变频单元产生的谐波，包括三组LC滤波电路，所述三组LC滤波电路的输入端分别连接所述功率变频单元的三路输出端，所述三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线；

所述上位机为手机和电脑PC，用于实时监测装置的电压、电流和功率信息，同时能通过发送指令控制IGBT器件的通断。

进一步地，所述全桥高频稳压电路包括高压母线滤波电容、第一MOSFET器件、第二MOSFET器件、第三MOSFET器件、第四MOSFET器件、高频全桥升压变压器、第一选择开关器、第一反向二极管、第二反向二极管、第三反向二极管和第四反向二极管；所述高压母线滤波电容的两端作为所述高频阵列单元的第一输入端，连接作为分布式发电系统的储能装置，同时连接电压检测单元的输入端；所述第一MOSFET器件和第二MOSFET器件的漏极同时连接高压母线滤波电容的一端，所述第一MOSFET器件的源极同时连接高频全桥升压变压器的异名输入端和第第四MOSFET器件的漏极，所述第二MOSFET器件的源极同时连接高频全桥升压变压器的同名输入端和第三MOSFET器件的漏极，所述第三MOSFET器件和第四MOSFET器件的源极同时连接高压母线滤波电容的另一端；所述第一MOSFET器件、第二MOSFET器件、第三MOSFET器件和第四MOSFET器件的栅极作为高频阵列单元的第二输入端，连接MOSFET/IGBT驱动单元的输出端；所述高频全桥升压变压器的同名输出端同时连接第三反向二极管的阴极和第四反向二极管的阳极，所述高频全桥升压变压器的异名输出端连接第一选择开关器的第一输入端；所述第一选择开关器的信号引脚2作为高频阵列单元的第三输入端，连接微处理器单元的第二输出端；所述第一选择开关器的输出端同时连接第一反向二极管的阳极和第二反向二极管的阴极；所述的第一反向二极管的阴极和第四反向二极管的阴极连接，作为该全桥高频稳压电路的第一输出端，所述第二反向二极管的阳极和第三反向二极管的阳极连接，作为该全桥高频稳压电路的第二输出端；五个结构相同的全桥高频稳压电路通过前一个全桥高频稳压电路的第二输出端与相邻的下一个全桥高频稳压电路的第一输出端相连接的方式进行串联，前一个全桥高频稳压电路的第一选择开关器的串联转接端1与下一个全桥高频稳压电路中高频全桥升压变压器的同名输出端连接；第一个全桥高频稳压电路的第一输出端和第五个全桥高频稳压电路的第二输出端共同作为全桥高频阵列单元的一对输出端，连接复合缓冲单元的第一输入端。

进一步地，所述第一复合缓冲电路包括第一IGBT器件、第一电阻、第六电容、第一电感、第二十一反向二极管、第二十二反向二极管；所述第一电感的一端作为所述复合缓冲保护单元的第一输入端，连接全桥高频阵列单元的输出端，同时连接第二十一反向二极管的阴极，所述第一电感的另一端连接第一IGBT器件的集电极、第一电阻的一端、第二十一反向二极管的阳极和第二十二反向二极管的阳极，所述第一IGBT器件的发射极连接第二十二反向二极管的阴极、第一电阻的另一端、第六电容的正极、功率变频单元的第一输入端，所述第六电容的负极作为复合缓冲保护单元的第二输出端，连接第一IGBT器件的发射极和功率变频单元的第一输入端，第一IGBT器件的门极作为复合缓冲保护单元的第二输入端，连接MOSFET/IGBT驱动单元的输出端；所述的第一IGBT器件的集电极作为复合缓冲单元的第一输出端，连接电流检测单元的输入端、高频阵列单元的输出端。

进一步地，所述功率变频单元还包括第八电容；各子单元的IGBT器件的门极均作为功率变频单元的第二输入端，连接IGBT驱动单元的输出端；各子单元中的电感的一端分别作为相应子单元的输入端；各子单元中的IGBT器件的发射极分别作为相应子单元的输出端；所述6个结构相同的子单元中的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输入端连接于一点，作为功率变频单元的第一输入端的正极，连接与母线I相连的第一复合缓冲电路的第二输出端；所述6个结构相同的子单元中的第二子单元、第四子单元、第六子单元的输出端连接于一点，作为功率变频单元的第一输入端的负极，连接与母线II相连的第二复合缓冲电路的第二输出端；所述第八电容连接于第一子单元的输入端与第二子单元的输出端之间；所述6个结构相同的子单元中的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输出端分别对应连接第二子单元、第四子单元、第六子单元的输入端，并分别作为功率变频单元的三路输出端。

进一步地，所述MOSFET/IGBT驱动单元的外围电路包括第一二极管、第九电容、第十电容、限流电阻、缓冲电阻、反馈电阻、晶体管和光耦；驱动芯片的6脚连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接被驱动IGBT器件的集电极和MOSFET器件的漏极，驱动芯片的2脚同时连接15V电源、第九电容正极和反馈电阻的一端，驱动芯片的3脚同时连接第十电容的正极和缓冲电阻的一端；缓冲电阻的另一端作为IGBT驱动单元的输出端，连接被驱动IGBT器件的门极和MOSFET器件的栅极；第九电容和第十电容的负极同时连接被驱动IGBT器件的发射极、MOSFET器件的源极和驱动芯片的1脚，驱动芯片的15脚连接限流电阻的一端，限流电阻的另一端连接15V电源，驱动芯片的14脚连接晶体管的集电极，晶体管的发射极与光耦的1脚相连，晶体管的栅极连接微处理器单元的第一缓冲芯片，驱动芯片的5脚与光耦的4脚相连，光耦的3脚连接反馈电阻的另一端，光耦的2引脚连接微处理器单元。

进一步地，所述电压检测单元包括铁芯及信号处理电路，其中铁芯分隔口处设有一个霍尔元件，用于将铁芯的磁通信号转换成电信号，信号处理电路包括运放芯片、第一三极管、第二三极管、测量电阻；运放芯片的同向输入端连接霍尔元件的一端，运放芯片的反相输入端连接霍尔元件的另一端，运放芯片的电源正极同时连接电源+VCC和第一三极管的集电极，运放芯片的4脚同时连接电源-VCC和第二三极管的发射极，运放芯片的5脚同时连接第一三极管的基极和第二三极管的基极，第一三极管的发射极同时连接铁芯副边线圈的一端和第二三极管的集电极，铁芯副边线圈的另一端通过测量电阻接地。

进一步地，所述分散过流保护电路用于检测复合缓冲单元和功率变频单元中的IGBT器件构成的桥臂直通电流，包括第一电压比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻、第二二极管和第三二极管和第一可调电位器；所述第一电压比较器的同向输入端连接第四电阻的一端和第二二极管的阳极，第二二极管的阴极作为分散过流保护电路的输入端，连接功率变频单元中各IGBT器件的集电极；第三电阻的一端连接+15V直流电源，另一端连接第四电阻的另一端和第一可调电位器的一个固定端；第一可调电位器的另一个固定端接地，第一可调电位器的滑动端与第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端连接第一电压比较器的反向输入端；第一电压比较器的电源正极连接15V直流电源、第六电阻的一端、MOSFET/IGBT驱动单元的驱动芯片的引脚2；第一电压比较器的电源负极接地，第一电压比较器的信号输出端与第六电阻的另一端和第三二极管的阴极相连，第三二极管的阳极作为分散过流保护电路的输出端，连接MOSFET/IGBT驱动单元的驱动芯片的引脚6，第一电压比较器的信号输出端连接微处理器单元的第二缓冲芯片。

进一步地，所述集中过流保护电路包括霍尔电流传感器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二可调电位器、第十一电容、第十二电容和第二电压比较器；霍尔电流传感器安装于被检测点的连接线上，霍尔电流传感器的信号输出端与第二电压比较器的同向输入端相连；第七电阻与第十二电容并联然后一端接地，另一端连接第二电压比较器的同向输入端，进行信号滤波；第二可调电位器一个固定端接入15V电源，另一个固定端接地，滑动端与第二电压比较器的反向输入端相连，提供反馈电压；第八电阻一端接入5V电源作为上拉电阻，另一端连接第二电压比较器的信号输出端和第九电阻一端；第九电阻的另一端作为集中过流保护电路的一个输出端口，与微处理器单元的第二缓冲芯片连接，同时连接第十一电容的一端，第十一电容的另一端接地；第九电阻和第十一电容构成RC延迟电路。

进一步地，所述的用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置中各单元的供电部分均由具有多路电压输出(输出±15V、5V、3.3V电压)的开关电源提供。

另一方面，本发明还提供一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换的方法，该方法通过用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置实现，包括以下步骤：

步骤1、采用微处理器单元控制全桥高频阵列单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元和MOSFET/IGBT驱动单元的内部元件，使整个电压输入变换装置处于运行状态，具体方法为：

步骤1.1、采用微处理器单元发出SPWM(即正弦脉宽调制)信号；

步骤1.2、通过MOSFET/IGBT驱动单元进行升压处理，将SPWM电压信号幅值升到15V；

步骤1.3、分别驱动全桥高频阵列单元的MOSFET器件、复合缓冲单元和功率变频单元的IGBT器件，使各MOSFET和IGBT器件交替导通，使用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置处于正常运行状态；

步骤2、进行电流和电压的数据采集和记录，具体方法为：

步骤2.1、同时采用电压检测单元、电流检测单元中的分散过流保护电路、集中过流保护电路对全桥高频阵列单元前端的电压、复合缓冲保护单元和功率变频单元的电流和电压进行实时采集；

电压检测单元产生一路信号，送给微处理器单元，当电压出现波动超过第一预设输入电压范围时，促使MOSFET器件占空比的改变，改变全桥高频阵列单元的输出电压，避免由于输入电压的波动对输出电压的影响；

母线电流检测单元和负载电流检测单元中的集中过流保护电路产生的电平信号经过RC延迟电路的延迟送给MOSFET/IGBT驱动单元的驱动芯片和微处理器单元；

步骤2.2、微处理器单元采集记录各路电流和电压数据，实时构建待检测端电压与检测支路的关系曲线图；

步骤3、微处理器单元判断电流值是否超过第一预设电流阈值，待检测端的电压是否超过第一预设输入电压范围，若第一预设电流阈值和第一预设输入电压范围中任意一者被超过或两者同时超过，则说明系统出现故障，判断故障类别为电压故障或电流故障，执行步骤4，否则系统工作正常，返回执行步骤2；

步骤4、当出现电压故障时，微处理器单元产生控制信号并发送给全桥高频阵列单元相应MOSFET器件，根据电压变化范围，线性调节驱动MOSFET器件信号占空比，自适应改变全桥高频阵列单元的输出电压；当出现电流故障时，微处理器单元产生控制信号并发送至出现故障的相应单元中，对出现故障的单元的IGBT器件进行缓降栅压；微处理器单元同时记录下故障电流的位置，产生相应的编号，将故障记录经过无线通讯单元发送短信至手机，报告微处理器单元判断出的故障信息，并发出故障中级警报信号，将故障传输给电脑PC上位机；电脑PC上位机将现有故障和电脑数据库中所存储的故障进行对比，确定故障电流的类型和位置；

步骤5、微处理器对故障电流电压检测进一步判别，判断电流值是否超过第二预设电流阈值，待检测端电压是否超过第二预设电压阈值范围，其中第二预设电流阈值大于第一预设电流阈值，第二预设输入电压范围的端值大于第一预设输入电压范围的端值，若第二预设电流阈值和第二预设输入电压范围中任意一者被超过或两者同时被超过，则认定对应位置发生严重欠压、短路或过流故障，执行步骤6，否则返回步骤2；

步骤6、微处理器单元发出控制信号，封锁输入信号，关断发生严重欠压、短路或过流故障的单元中的MOSFET或IGBT器件，将故障信息通过无线通讯单元连续不断的发送短信至用户手机，同时微处理器单元产生故障严重警报信号，将故障传输给电脑PC上位机。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法，针对的是分布式电源并网的电压输入范围的提升和并网输出功率等级的分类。首先在分布式电源直流母线加入全桥高频阵列单元，当分布式电源输入电压出现波动时，能够自适应调节稳定输出电压，同时还可根据用户端需求，对输出功率等级进行分类；其次加入了复合缓冲单元，当开通或关断母线IGBT器件时，能够优先抑制减小母线上的浪涌电压幅值；另外加入电流电压检测单元，分别对IGBT桥臂直通电流、母线侧电压电流、负载侧电压电流进行监测，记录相关电流电压数据，通过电脑PC上位机对数据进行分析，建立电压电流和功率三者的关系曲线，为宽范围调压和功率等级的分类提供依据；最后通过电流检测单元对功率变频单元的过流故障位置进行监测定位，通过硬件辅助电路和微处理器单元缓降栅压，延长动作电路故障保护时间，采用无线通讯单元与手机和电脑进行通信，实现手机与电脑之间数据共享，增强人机对话，避免其对装置换流器件、直流线路及系统造成二次损坏。本发明结合了硬件辅助电路、控制方法与控制系统硬件结构，能够拓宽分布式电源并网的电压输入范围，对并网输出功率等级进行分类，避免由于环境或其它因素造成的电压波动对分布式发电系统的影响，满足不同环境下对输出并网功率的需求，并具有增强人机对话的功能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的微处理器单元的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的全桥高频阵列单元的电路原理图；

图4为本发明实施例提供的复合缓冲电路的电路原理图；

图5为本发明实施例提供的功率变频单元的电路原理图；

图6为本发明实施例提供的分布式电源、储能及变换、全桥高频阵列单元、复合缓冲单元、功率变频单元与LC滤波器的连接电路原理图；

图7为本发明实施例提供的MOSFET/IGBT驱动单元的电路原理图；

图8为本发明实施例提供的电压检测单元的电路原理图；

图9为本发明实施例提供的分散过流保护电路的工作原理示意图；

图10为本发明实施例提供的接入IGBT驱动芯片的分散过流保护电路的原理图；

图11为本发明实施例提供的分布式电源直流母线上的集中过流保护电路的电路原理图；

图12为本发明实施例提供的适用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换的方法流程图；

图13为本发明实施例提供的复合缓冲单元IGBT关断时刻电路原理图；

图14为本发明实施例提供的复合缓冲单元IGBT开通时刻电路原理图；

图15为本发明实施例提供的安装宽范围电压输入变换装置前三相电流有效值曲线图；

图16为本发明实施例提供的安装宽范围电压输入变换装置后三相电流有效值曲线图。

图中：1、分布式电源；2、储能及变换装置；3、全桥高频阵列单元；4、复合缓冲单元；5、功率变频单元；6、LC滤波器；7、电网；8、铁芯；9、霍尔元件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置，该装置包括微处理器单元、全桥高频阵列单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、MOSFET/IGBT驱动单元、电压检测单元、电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机。本实施例中，无线通讯单元采用SIM808无线模块，用于将微处理单元的信号无线传输给上位机，IGBT器件采用型号为FZ1000R20KS4的IGBT模块，MOSFET/IGBT驱动单元采用EXB841 IGBT集成驱动器，上位机为手机和电脑PC，用于实时监测装置的电压、电流信息，同时可以通过发送指令控制IGBT通断。装置中各单元的供电部分均由具有多路电压输出(输出±15V、5V、3.3V电压)的开关电源提供。

微处理器单元用于处理电压检测单元和电流检测单元采集到的电压和电流信息，进而驱动IGBT驱动单元控制IGBT器件的通断，同时将采集信息传输到上位机，为全桥高频阵列升压稳压提供依据。本实施例中，微处理器单元包括一个TMS320F28335主控芯片、第一缓冲芯片74HC245和第二缓冲芯片743384，MOSFET/IGBT驱动单元、电流检测单元和电压检测单元均通过缓冲芯片与主控芯片连接，无线通讯单元直接与主控芯片连接。TMS320F28335主控芯片是一个主频高达150MHZ的处理器，具有12路互补对称的脉宽调制端口PWM1-12，内置2*8通道的12位ADC转换器，具有3通道的SCI通信接口。

以一组检测单元为例，如图2所示，微处理器单元与其他外围单元具体连接结构为：主控芯片的脉宽调制端口PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6、PWM7、PWM8、PWM9、PWM10、PWM11、PWM12分别与第一缓冲芯片74HC245的A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12口一一对应连接，第一缓冲芯片74HC245的B0和B1连接MOSFET/IGBT驱动单元的S3和S4口，74HC245缓冲芯片的B6和B12连接MOSFET/IGBT驱动单元的IN1和IN2口，TMS320F28335主控芯片的ADCINA0、ADCINA7口分别与第二缓冲芯片743384的A0和A1端口相连，TMS320F28335主控芯片的D0和D18口分别连接第二缓冲芯片743384的A8和A15端口，第二缓冲芯片743384的B0和B7分别与电流检测单元的OC1和OC2端口相连，第二缓冲芯片743384的B8和B15分别与电压检测单元的两个输出端口S1和S2相连；无线通讯单元SIM808模块的SCITXD口与TMS320F28335主控芯片的SCIRXD口相连，无线通讯单元SIM808模块的SCIRXD口与TMS320F28335主控芯片的SCITXD口相连。

全桥高频阵列单元包括五个结构相同的全桥高频升压电路，设于两根母线上，用于用于拓宽分布式电源并网的电压输入范围，全桥高频阵列单元包括三个输入端和一个输出端，全桥高频阵列单元的第一输入端通过电流和电压检测单元连接作为分布式并网电源的储能变换电池，高频阵列单元的第二输入端连接MOSFET/IGBT驱动单元输出端，高频阵列单元的第三输入端连接微处理器的第二输出端，高频阵列单元的输出端连接复合缓冲单元的第一输入端。

两根母线上的五个全桥高频升压电路结构相同，以第一个全桥高频升压电路为例，如图3所示，包括高压母线滤波电容C1、四个具有高频开断功能的MOSFET器件Q1、Q2、Q3、Q4、一个高频全桥升压变压器TR1、选择开关器K1、反向二极管VD1、VD2、VD3和VD4。高压母线滤波电容C1的两端作为高频阵列单元的第一输入端，连接作为分布式发电系统的储能装置(即连接于两根母线上)，同时连接电压检测单元的输入端。第一MOSFET器件Q1和第二MOSFET器件Q2的漏极同时连接高压母线滤波电容C1的一端，第一MOSFET器件Q1的源极同时连接高频全桥升压变压器的异名输入端和第四MOSFET器件的漏极，第二MOSFET器件Q2的源极同时连接高频全桥升压变压器的同名输入端和第三MOSFET器件Q3的漏极，第三MOSFET器件Q3和第四MOSFET器件Q4的源极同时连接高压母线滤波电容C1的另一端。第一MOSFET器件Q1、第二MOSFET器件Q2、第三MOSFET器件Q3和第四MOSFET器件Q4的栅极作为高频阵列单元的第二输入端，连接MOSFET/IGBT驱动单元的输出端。高频升压变压器的同名输出端同时连接第三反向二极管VD3的阴极和第四反向二极管VD4的阳极，高频升压变压器的异名输出端连接选择开关器K1的第一输入端，选择开关器K1的信号引脚2作为高频阵列单元的第三输入端，连接微处理器单元的第二输出端，选择开关器K1的输出端同时连接第一反向二极管VD1的阳极和第二反向二极管VD2的阴极，第一反向二极管VD1和第四反向二极管VD4的阴极作为该全桥高频稳压电路的第一输出端，第二反向二极管VD2的阳极和第三反向二极管VD3的阳极连接，作为该全桥高频稳压电路的第二输出端。五个结构相同的全桥高频稳压电路通过前一个全桥高频稳压电路的第二输出端与相邻的下一个全桥高频稳压电路的第一输出端相连接的方式进行串联，即第一个全桥高频稳压电路的第二输出端与第二个全桥高频稳压电路的第一输出端相连接，第二个全桥高频稳压电路的第二输出端与第三个全桥高频稳压电路的第一输出端相连接，以此类推，最后，第一个全桥高频稳压电路的第一输出端和第五个全桥高频稳压电路的第二输出端共同作为全桥高频阵列单元的一对输出端，连接复合缓冲单元的第一输入端；然后，前一个全桥高频稳压电路的第一选择开关器的串联转接端1与下一个全桥高频稳压电路中高频全桥升压变压器的同名输出端连接。

复合缓冲保护单元包括两个结构相同的复合缓冲电路，分别设于两根母线I和II上，用于抑制IGBT通断时母线上尖峰电压。复合缓冲保护单元包括两个输入端和两个输出端，复合缓冲保护单元的第一输入端连接高频阵列单元的输出端，复合缓冲保护单元的第二输入端连接MOSFET/IGBT驱动单元输出端，复合缓冲保护单元的第一输出端连接电流检测单元的输入端，复合缓冲保护单元的第二输出端连接功率变频单元的第一输入端。

两根母线上的复合缓冲电路结构相同的第一复合缓冲电路和第二复合缓冲电路，以母线I上的第一复合缓冲电路为例，如图4所示，包括一个高频开断功能的IGBT器件VT1、电阻R1、第六电容C6、电感L1、第二十一反向二极管VD21和第二十二反向二极管VD22，具体连接结构为：电感L1的一端作为该复合缓冲电路的输入端，即复合缓冲保护单元的第一输入端，连接高频阵列单元的输出端，同时连接第二十一反向二极管VD21的阴极，电感L1的另一端连接IGBT器件VT1的集电极、电阻R1的一端、第二十一反向二极管VD21的阳极和第二十二反向二极管VD22的阳极，IGBT器件VT1的发射极连接第二十二反向二极管VD22的阴极、电阻R1的另一端、电容C6的正极和功率变频单元的第一输入端，电容C6的负极作为复合缓冲保护单元的第二输出端，连接IGBT器件VT1的发射极和功率变频单元的第一输入端；IGBT器件VT1的门极作为复合缓冲保护单元的第二输入端，连接MOSFET/IGBT驱动单元的输出端。IGBT器件VT1的集电极作为复合缓冲单元的第一输出端，连接电流检测单元的输入端、高频阵列单元的输出端；IGBT器件VT1的发射极作为复合缓冲单元的第二输出端，连接功率变频单元的第一输入端。

功率变频单元用于将母线侧直流电压转变为电网侧交流电压，如图5所示，包括滤波支撑电容C8和6个结构相同的子单元，各子单元的电路结构均与第一或第二复合缓冲电路的电路结构相同。IGBT器件VT3及其外围电路作为功率变频单元的第一子单元，IGBT器件VT4及其外围电路作为功率变频单元的第二子单元，IGBT器件VT5及其外围电路作为功率变频单元的第三子单元，IGBT器件VT6及其外围电路作为功率变频单元的第四子单元，IGBT器件VT7及其外围电路作为功率变频单元的第五子单元，IGBT器件VT8及其外围电路作为功率变频单元的第六子单元。以第一子单元为例，包括一个高频开断功能的IGBT器件VT3、电阻R3、电容C9、电感L3、反向二极管VD24、反向二极管VD25；电感L3的一端连接反向二极管VD24的阴极，电感L3的另一端连接IGBT器件VT3的集电极、电阻R3的一端、反向二极管VD24的阳极和反向二极管VD25的阳极，IGBT器件VT3的发射极连接反向二极管VD25的阴极、电阻R3的另一端、电容C9的正极，电容C9的负极连接IGBT器件VT3的发射极，IGBT器件VT3的门极作为功率变频单元的第二输入端，连接IGBT驱动单元第一输出端。各子单元中的电感L3、L4、L5、L6、L7、L8与反向二极管阴极连接的一端分别作为相应子单元的输入端，各子单元中的IGBT器件VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8的发射极分别作为相应子单元的输出端。功率变频单元的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输入端连接于一点，作为功率变频单元的第一输入端的正极，同时连接与母线I相连的第一复合缓冲电路的第二输出端，第二子单元、第四子单元、第六子单元的输出端连接于一点，作为功率变频单元的第一输入端的负极，同时连接与母线II相连的第二复合缓冲电路的第二输出端。电容C8接于第一子单元的输入端与第二子单元的输出端之间。功率变频单元的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输出端分别对应连接功率变频单元第二子单元、第四子单元、第六子单元的输入端，并分别作为功率变频单元的三路输出端。

分布式电源、全桥高频阵列单元、复合缓冲单元、功率变频单元与LC滤波器的连接电路如图6所示。

MOSFET/IGBT驱动单元用于将微处理器单元输出信号进行升压处理，进而达到控制MOSFET和IGBT器件栅极所需电压，包括EXB841驱动芯片及外围保护电路，如图7所示，其中外围电路包括ERA34-10二极管D1、电容C10、C11、限流电阻Re、缓冲电阻RG、反馈电阻Rf、晶体管TCR以及TLP251光耦。每个IGBT驱动单元驱动一组由两个IGBT构成的半桥。以驱动一个IGBT电路为例，驱动芯片EXB841的6脚连接ERA34-10二极管D1的阳极，ERA34-10二极管D1的阴极连接被驱动IGBT器件的集电极，驱动芯片EXB841的2脚同时连接15V电源、电容C10正极和反馈电阻Rf的一端，电容C11的正极同时与驱动芯片EXB841的3脚、缓冲电阻RG的一端相连；缓冲电阻RG的另一端作为IGBT驱动单元的输出端，连接被驱动IGBT器件的门极，电容C10和电容C11的负极同时连接被驱动IGBT的发射极和驱动芯片EXB841的1脚，驱动芯片EXB841的15脚连接限流电阻Re的一端，限流电阻Re的另一端连接15V电源，驱动芯片EXB841的14脚连接晶体管TCR的集电极，晶体管TCR的发射极与TLP251光耦的1脚相连，晶体管TCR的栅极作为IGBT驱动单元连接微处理器控制信号的输入端IN1与微处理器单元的第一缓冲芯片74HC245的B6端连接；驱动芯片EXB841的5脚与TLP251光耦的4脚相连，TLP251光耦的3脚连接反馈电阻Rf的另一端，TLP251光耦的2引脚作为S3端口连接微处理器单元的第一缓冲芯片74HC245的B0端口。复合缓冲单元和功率变频单元中的所有IGBT器件的门极均与IGBT驱动单元的输出端相连。

电压检测单元用于检测复合缓冲保护单元、全桥高频阵列单元的第一输入端和功率变频单元三路输出端的电压，包括两组电路结构相同的电压检测电路。

以一组电压检测单元电路为例，如图8所示，包括一个铁芯及信号处理电路，其中铁芯分隔处设有一个霍尔元件，作用是将铁芯磁通信号转换成电信号，信号处理电路包括一个运放U0、两个三极管Qs1、Qs2和一个测量电阻RM，其中运放型号为LM358型号，具体连接结构为：运放U0的同向输入端(引脚1)和反向输入端(引脚2)分别与霍尔元件的两端相连，运放U0的引脚3作为电压检测单元的第一输入端，同时与+15V电源和三极管Qs1的集电极相连，运放U0的引脚4作为电压检测单元的第二输入端，同时连接-15V电源和三极管Qs2的发射极，运放芯片的5脚同时连接第一三极管的基极和第二三极管的基极，三极管Qs1的发射极同时与三极管Qs2的集电极和铁芯副边线圈的一端相连，铁芯副边线圈的另一端连接测量电阻RM的一端，测量电阻RM的另一端接地，铁芯原边线圈的输入端作为电压检测单元的第三输入端，连接高频阵列单元的第一输入端，测量电阻RM的一端S1作为电压检测单元的输出端。图8中原边线圈侧的两个电阻指的是接入导线的内阻，是虚拟等效值，在电路中没有实际意义，左端连接的是输入待检测端的电压。

电流检测单元用于检测装置中待检测点的电流是否超出或低于预设电流阈值范围，包括桥臂直通电流检测单元、母线电流检测单元和负载电流检测单元。桥臂直通电流检测单元的检测电路为分散过流保护电路，用于检测复合缓冲单元和功率变频单元中待检测点IGBT器件构成的桥臂直通电流是否超过预设电流值，用于检测复合缓冲单元和功率变频单元中的分散过流保护电路结构相同。母线电流检测单元和负载电流检测单元的检测电路均为集中过流保护电路，母线电流检测单元用于检测母线上待检测点的电流是否超过预设电流值，且在两根母线上分别设有一个母线电流检测单元，负载电流检测单元用于检测负载连接线上待检测点的电流是否超过预设电流值。桥臂直通故障电流检测单元的检测位置如图5或6中的③和④，母线电流检测单元的检测位置如图5或6中的①和②，负载电流检测单元的检测位置如图5或6中的⑤。

分散过流保护电路的工作原理如图9所示，Vref作为分散过流保护电路的设定阈值电压，当比较器检测到0点的电压大于设定的阈值电压时，比较器输出高电平经过与门AND输出高电平信号给微处理单元，进而发出脉冲控制信号，控制IGBT通断，防止器件遭受二次损害。

以设于功率变频单元的待检测点的分散过流保护电路为例，图10为本实施例提供的接入IGBT驱动芯片的分散过流保护电路工作原理图，分散过流保护电路的具体结构包括电压比较器U1、电阻R9、R10、R11和R12、肖特基二极管D2和D3、蓝白可调电位器RP1(用来调节设定电压阈值)。LM339电压比较器U1的同向输入端连接电阻R10的一端和肖特基二极管D2的阳极，肖特基二极管D2的阴极作为分散过流保护电路的输入端连接功率变频单元IGBT器件VT3的集电极；电阻R9的一端接+15V直流电源，电阻R9的另一端接电阻R10的另一端和可调电位器RP1的一个固定端；可调电位器RP1的另一个固定端接地，可调电位器RP1的滑动端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端连接电压比较器U1的反向输入端；电阻R12的一端连接15V直流电源，并同时连接电压比较器U1的电源正极、MOSFET/IGBT驱动单元的驱动芯片EXB841的引脚2和去耦电容C12的一端，去耦电容C12是接入分散过流保护电路后加的去耦电容，换一种理解方式，就是在LM339电源的正极(引脚1)和电源负极(GND)之间，加入一个去耦电容C12；电压比较器U1的电源负极14脚接地，LM339电压比较器U1的信号输出端与电阻R12的另一端和肖特基二极管D3的阴极相连，肖特基二极管D3的阳极作为分散过流保护电路的输出端，连接MOSFET/IGBT驱动单元的驱动芯片的引脚6，电压比较器U1的信号输出端OUT为电流检测单元与微处理器单元的第二缓冲芯片连接的ADOC1口。电阻R9与蓝白可调电位器RP1串联，通过可调电位器RP1，经电阻R11给LM339电压比较器U1提供反馈电压Vref，LM339电压比较器U1的同向输入端通过二极管D2对IGBT器件的集电极电压进行采集，通过与预设Vref的值进行比较，进而判别IGBT器件的桥臂是否发生过流故障。

以分布式电源直流母线上的集中过流保护电路为例，如图11所示，集中过流保护电路的具体结构以母线I为例，包括霍尔电流传感器H1、电阻R13、R14、R15、蓝白可调电位器RP2、电容C14、C15和LM339电压比较器U2，其中，霍尔电流传感器H1采用日本HINODE公司的直测式霍尔效应电流传感器HAP8-200/4，该传感器需要正负15V双电源进行供电。电路具体的连接结构为：霍尔电流传感器H1的信号输出端与LM339电压比较器U2的同向输入端(引脚3)相连；电阻R13与电容C15并联后一端接地，另一端连接LM339电压比较器U2的同向输入端(引脚3)，进行信号滤波；可调电位器RP2一个固定端接入15V电源，另一个固定端接地，滑动端与LM339电压比较器U2的反向输入端引脚2相连，提供反馈电压；电阻R14一端接入5V电源作为上拉电阻，另一端连接LM339电压比较器U2的信号输出端(引脚1)和电阻R15一端，用于提高LM339电压比较器U2信号输出端的电流驱动能力，电阻R15的另一端作为集中过流保护电路的一个输出端口OC1，即电流检测单元与微处理器单元的第二缓冲芯片连接的ADOC2口，同时连接电容C14的一端，电容C14的另一端接地，电阻R15和电容C14构成RC延迟电路。LM339电压比较器U2信号输出端(引脚1)信号经缓冲电阻R15输出电平信号OC1给微处理器，对电流数据进行记录，严重超过阈值时，封锁所有IGBT的驱动信号，并且，电阻R15和电容C14组成的延迟电路是为防止封锁电路误动作采取的抗干扰措施。另一条母线上设有相同结构的集中过流保护电路，其输出端口为OC2。

LC滤波器用于滤除功率变频单元产生的谐波，包括三组LC滤波电路，三组LC滤波电路的输入端分别连接功率变频单元的三路输出端，三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线。

通过上述的分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置实现的一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换的方法，如图12所示，具体包括以下步骤：

步骤1、采用微处理器单元控制全桥高频阵列单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元和MOSFET/IGBT驱动单元的内部元件，使整个电压输入变换装置处于运行状态，具体方法为：

步骤1.1、采用微处理器单元发出SPWM(正弦脉宽调制)信号；

步骤1.2、通过MOSFET/IGBT驱动单元进行升压处理，将SPWM电压信号幅值升到15V；

步骤1.3、分别驱动全桥高频阵列单元20个MOSFET器件，IGBT复合缓冲单元的两个IGBT器件和功率变频单元6个IGBT器件，使各MOSFET和IGBT器件交替导通，使用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置处于正常运行状态；

步骤2、同时采用电压检测单元中的测量电阻RM、电流检测单元中的分散过流保护电路、集中过流保护电路对全桥高频阵列单元前端的电压、复合缓冲保护单元和功率变频单元的电流和电压进行实时采集；

电压检测单元产生一路信号，送给微处理器单元，当电压出现波动超过第一预设输入电压范围时，促使MOSFET器件占空比的改变，改变全桥高频阵列单元的输出电压，避免由于输入电压的波动对输出电压的影响；

母线电流检测单元和负载电流检测单元中的集中过流保护电路产生的电平信号经过RC延迟电路的延迟送给MOSFET/IGBT驱动单元的EXB841驱动芯片和微处理器单元的ADCINAO-A7口；

微处理器单元采集记录各路电流和电压数据，实时构建待检测端电压与检测支路的关系曲线图；

步骤3、微处理器单元判断故障电流的位置，判断电流值是否超过1.2倍设定值，待检测端输入电压是否超过48-198V，若其中任意一者超过或两者同时超过，则说明出现故障，对应单元为故障单元，执行步骤4，否则说明系统工作正常，返回执行步骤2，继续进行检测；

步骤4、当出现电压故障时，微处理器单元产生控制信号并发送给全桥高频阵列单元相应MOSFET器件，根据电压变化范围，线性调节驱动MOSFET器件信号占空比，自适应改变全桥高频阵列单元的输出电压；当出现电流故障时，采用微处理器单元产生控制信号并发送至出现故障的相应单元中，对故障单元的IGBT器件进行缓降栅压；微处理器单元同时记录下故障电流的位置，产生相应的编号，编号1为母线电流故障，编号2为桥臂直通故障，编号3和5为负载短路故障，并将故障记录经过SIM808无线通讯单元发送短信至手机，报告微处理器单元判断出的故障信息，并发出故障中级警报信号，将故障传输给电脑PC上位机；电脑PC上位机将现有故障和电脑数据库中所存储的故障进行对比，确定故障电流的类型和位置；

步骤5、微处理器对故障电流电压检测进一步判别，判断电流值是否超过1.5倍设定值，输入电压是否超过50-200V，若任意一者超过或两者同时超过，则认定对应位置发生严重欠压、短路或过流故障，执行步骤6，否则执行步骤2；

步骤6、微处理器单元发出控制信号，封锁输入信号，关断发生严重短路或过流故障的单元中的MOSFET或IGBT器件，将故障信息通过SIM808无线通讯单元连续不断的发送短信至用户手机，同时微处理器单元产生故障严重警报信号，将故障传输给电脑PC上位机，避免对逆变器造成二次损害。

本实施例中，当完成电压输入变换时，关断IGBT器件形成如图13所示的复合缓冲电路结构，电感L1中的电流经过二极管VD21进行释放，同时VT1中的杂散电感存储的能量经过电容C6和电阻R1得以释放，缓冲了关断IGBT器件时产生的过流，避免IGBT器件损坏。

本实施例中，当电压输入变换装置开始运行时，开通IGBT器件形成如图14所示的复合缓冲电路结构，电感L1抑制了开通IGBT瞬间在集电极侧的电流上升率，削减了集电极侧浪涌尖峰电压，同时VT1开通瞬间的浪涌电流经过VD22和C6得以释放，如图中的虚线路径，缓冲了开通IGBT瞬间产生的浪涌电流，避免IGBT器件损坏。

在安装电压输入变换装置前三相电压有效值如图15所示的曲线，安装电压输入变换装置后三相电压有效值如图16所示的曲线，从图中的曲线可以看出，在开通后5ms至35ms期间，安装后电压波动现象得到明显改善，在42ms之后，交流侧电压波形得到明显改善，输出电压趋于平稳。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。