专利名称：一种pwm整流型能量回馈装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电工技术及电力电子技术，特别是PWM整流型有源逆变技术。本发明 也适应于新能源并网发电，特别是太阳能并网发电。
背景技术：
现有的全控制能量屈馈器中，其三个核心技术，即调制技术，回馈能量功率控制， 同步检测， 一般以以下方式工作调制为随机型经滞环比较而得的方波型脉冲，频 率为工频级且不固定，给滤波增加困难，而且产生的低频噪声对人体极其有害；能 量回馈功率只考虑了电压的幅值，没有考虑电流的连续工作，逆变器经常处于开通 与关断间转换，增加了额外的谐波含量，而且加大了逆变器的电应力；同步检测为 硬件过零型检测，电路复杂且精度较低；基本没有考虑对于注入电网直流电流的防 御，在因器件特性不均或受到干扰而产生直流分量注入电网时，引起电网端变压器 偏磁，进而异常发热，危及电网安全。
发明内容
本发明为一种基于改进的相幅控制原理的定频PWM整流型能量回馈装置.根据直 流母线电压及其泵升速率估算出回馈电网功率的最优值，使电流处于连续且相对恒 定状态，以减少注入电网的电流谐波含量；软件锁相减少了硬件复杂度，并使得检 测诸如电压趺落频率漂移等电网故障更为可靠；PWM定频调制，使得谐波成分固定且 为髙频，减小了输出端串联电感的体积及开关噪声。
本发明的核心内容为改进的相幅控制及其PWM调制方法，即由直流母线电压及
其泵升速率估箅出回馈电网能量的最优值，并作为逆变器的参考输入；基于旋转坐标变换及模型参考自适应的软件锁相环技术；基于DSP与直流母线共地的逆变输出 电压直接检测技术，可以精确检测并防御逆变器输出端因器件特性漂移或参数变化 或漏电流引起的直流分量注入电网。
图l为主电路原理图2为相幅控制原理图3为软件锁相环原理图4为电网电压检测原理图5为直接电压检测原理图6为具软关断功能的驱动电路原理图7为本发明装置的实验波形图8为本发明装置的实验波形的谐波分析图； 具体实施方法
图1所示，主电路由三相桥式电路，电网电压检测电路，输出电压直接检测路， 电流检测电路，驱动电路，以及控制电路构成，
如图2所示，相幅控制基于稳态等效单相相量图。由于电感寄生电阻Rr较小， 工程上可忽略。为取得单位功率因数逆变，IA与UA相反，因而UL与UA垂直。故:
e:arctan(o丄/C/j)
其中，Idc-f(Udc)， dUdc为直流母线电压差，则输出电流lA可由下式估算
乙"z)C +先,f如图3所示，软件锁相环基于模型参考自适应，
三相电压经3-2变换(Clarke)得到静止坐标系之a ， p分量 1 1 1
再经旋转变换得到在w 。旋转坐标系下分量
以wO为角速度构造旋转坐标系V，同步的问题等价于电网电压在V的交直轴 上的投影应为直流量。不失一般性，可令
O0 = G + *p j[。
如图4所示，电网电压检测不用考虑直流分量，经脉冲变压器得到隔离的电网电 压信号，并进一步经运算放大电路处理后送入DSP。
如图5所示，逆变器输出电压检测必须考虑直流分量，该电压信号经电阻分压网 络直接得到，并进一步经运RC滤波电路处理后送入DSP。
如图6所示，当P点电压为高且UG1点电压也为高时，QU3导通，使得UG1的电 压从15伏被降至9伏，先限制流过功率三极管(M0SFET或IGBT)的电流，为几个 微秒后彻底关断做好准备，从而实现了软关断。
如图7所示，为本发明装置的实验波形图中，上面为电网电压，下面为该相的电 流。测试条件电网电压420V等价于直流母线电压为595V。
直流母线电压为630时，cos 4): 0.91 THD: 5.4%
直流母线电压为660时，costj): 0.98THD: 5. OX该实验结果说明，本发明的装置完全能满足分布式发电系统并网要求。
如图8所示，为本发明装置在直流母线电压为690时，电流的频谱图。
3次谐波1.92%
6次谐波1. 12%
9次谐波0.72%
11次谐波0.52%
THD: 2. 39%
这进一步说明了本发明装置性能的优秀。
权利要求
1.一种PWM整流型能量回馈装置，由有源逆变器和回馈控制电路组成。有源逆变器采用高频定频脉冲宽度调制(PWM)方式控制，并根据改进型相幅原理计算出逆变电路输出所需的电压相角和幅值。该相角与幅值经PWM方式调制后，通过信号放大与保护电路，驱动由6只IGBT(或MOSFET)功率三极管构成的三相逆变全桥，使得回馈电网的电流只含有少量高频谐波，即得到正弦波极好的电流。同时，经由同步锁相控制，该电流也被控制与电网电压反相，即实现THD≤5％(谐波总含量)以及PF≥0.98(功率因数)。
2. 如权利要求1所述的脉冲宽度调制(PWM)，其特征在于，该脉冲的面积当量与逆变 电路输出电压的幅值成正比。
3. 如权利要求1所述的改进型相角及幅值，由单相等效相量图计算获得，该相量图 中电抗器的电压量由直流母线电压与电网电压之差经非线性比例积分控制获得。
4. 如权利要求1所述的同步锁相，其特征在于，釆用的是基于坐标变换及模型参自 适应控制的软锁相环技术.所述的坐标变换是指，将经电压釆样电路所得的三相电压 (U1， U2， U3)，实施3-2变换及Park变换.得到以可调模型角频率W。为旋转角速度 的旋转dq坐标下的Ud, Uq;所述的模型参考自适应控制，其特征是，令dq坐标系下 的虛轴分量为零，即Uq=0则W。可以跟随参考模型即电网电压角频率We，从而实现与 电网电压同步软锁相。
5. 如权利要求l所述的信号放大电路，其特征在于，完全由分立组件(电阻/电容/二 极管/三相管)构成。
6. 如权利要求1所述的具有驱动电路，其特征在于，可以驱动大至300A的IGBT的 能力，并具有降压软关断过流保护功能。
7. 如权利要求1所述的电压采样电路，其特征在于，电网电压经脉冲变压器，得到 隔离的三相电网电压。
全文摘要
一种PWM整流型能量回馈器，基于改进的相幅控制及其PWM调制方法，根据直流母线电压及其泵升速率估算出回馈电网能量的最优值，并作为逆变器的参考输入；基于旋转坐标变换及模型参考自适应的软件锁相环技术；基于DSP与直流母线共地的逆变输出电压直接检测技术，可以精确检测并防御逆变器输出端因器件特性漂移或参数变化或漏电流引起的直流分量注入电网。回馈电网功率的优化，使电流处于连续且相对恒定状态，可以减少注入电网的电流谐波含量；定频PWM调制，使得谐波成分固定且为高频，减小了输出端串联电感的体积及开关噪声；软件锁相减少了硬件复杂度，并使得检测诸如电压跌落频率漂移等电网故障更为可靠。
文档编号H02M7/219GK101640489SQ200810144730
公开日2010年2月3日 申请日期2008年7月28日 优先权日2008年7月28日
发明者古俊银 申请人:上海斯堪亚电气调速设备有限公司