專利名稱：基于輸出電壓幅值調節的pwm逆變器并網無縫切換技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及并網逆變電源的運行模式切換方法，尤其是基于輸出電壓幅值調節的PWM逆變器并網無縫切換技術。
背景技術：
具有并網發電和獨立帶載運行的逆變電源，其電路結構通常包括基于高頻開關的PWM控制單相或三相逆變器PCU、電壓控制環、電流控制環、PWM波形生成環節、由電感電容構成的LCL低通濾波器以及連接電網與逆變器的靜態切換反并聯晶閘管開關STS。逆變器在并網運行時為輸出電流控制環控制，在脫離電網獨立帶載運行時為輸出電壓控制環控制。兩種運行模式的切換過程中輸出電壓與電流的波動將影響逆變器負載的供電質量，尤其在電網突發故障時，逆變器從并網運行到獨立運行的切換過程中。傳統的切換控制方法是在切換時先將靜態開關STS的驅動撤除，待電流自然下降到零時關斷，然后逆變電源轉到電壓控制獨立帶載運行模式。這種方法使輸出電壓存在較長的失控時間，易引起負載電壓的較大擾動。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于輸出電壓幅值調節的PWM逆變器并網無縫切換技術，以縮短輸出電壓失控時間，減小負載電壓擾動，實現并網逆變器從并網運行到獨立帶載運行的無縫切換。
本發明的基于輸出電壓幅值調節的PWM逆變器并網無縫切換技術，通過靜態切換開關連接電網的逆變器在并網運行時為輸出電流控制模式，在脫離電網獨立帶載運行時為輸出電壓控制模式，其特征是從并網運行到獨立運行的切換過程中，先將逆變器輸出控制從電流控制轉換為電壓控制，并封鎖靜態切換開關的驅動信號，同時控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態切換開關的電流迅速下降到零，逆變器輸出與電網脫離，從而平穩地切換到獨立帶載運行。
上述的PWM逆變器從并網運行到獨立運行的切換控制，可以通過具有電壓控制環節、電流控制環節和切換控制指令開關SW的微處理器及其軟件來實現，當SW為1時，逆變器運行于輸出電流控制方式；當SW為0時，逆變器運行于輸出電壓控制方式。也可以通過具有電壓控制環節、電流控制環節和上述切換控制邏輯的模擬數字混合電路來實現。
本發明的基于輸出電壓幅值調節的PWM逆變器并網無縫切換技術簡單可行，實現了逆變器輸出從并網到獨立運行的快速切換，并在切換過程中抑制了負載電壓的波動，切換時間僅為1ms左右，保證了負載供電的連續性。本發明適用于以MOSFET、IGBT以及其它半導體功率器件為開關，采用各種形式PWM方法控制的三相或單相逆變電源，用于太陽能、風力、燃料電池發電等各種并網與獨立運行多功能電源系統。
圖1是本發明一種具體實現方法電路原理圖；圖2是本發明的運行模式切換控制流程圖；圖3是采用本發明的逆變器從并網到獨立運行切換前后的輸出電流和電壓波形圖；圖4是圖3中的b相各電壓電流在切換過程中(t0至t4時刻)波形的展開圖。
具體實施例方式
圖1所示實例，PWM逆變器輸出并網無縫切換采用微處理器的切換控制邏輯和切換控制指令開關SW實現，電源系統包括基于高頻開關的PWM控制單相或三相逆變器PCU、由電感L1、L2、電容C構成的低通濾波器、靜態切換反并聯晶閘管開關STS和DSP微處理器，DSP微處理器中包括有獨立運行的電壓控制環、并網運行的電流控制環、PWM波形生成環節以及切換指令開關SW。本例中DSP微處理器采用TI公司的TMS320LF2407A。逆變器輸出經過LCL低通濾波器連接到靜態切換開關STS，STS的另一端連接到電網公共連接點PCC。濾波電容C電壓Vo和公共連接點PCC的電壓Vg，以及流經電感L2的并網電流Ig通過反饋電路連接到DSP微處理器，經DSP微處理器作信號處理后輸出PWM開關信號到逆變器，通過逆變器驅動放大后輸出。圖中Vs為電網電壓，Lg是電網線路電感。
逆變器獨立運行的電壓(幅值)給定信號V*輸入到電壓控制環節，首先與電網反饋信號Vg波形同步，生成交流電壓給定v*，再經差分運算與實際的輸出電壓反饋信號相減后，誤差信號經PI(比例積分)調節得到電壓控制PWM生成給定信號uml，此信號連接到切換指令開關SW的0端；逆變器并網運行的電流(幅值)給定信號I2*輸入到電流控制環節，首先與電網反饋信號Vg波形同步，生成交流電流給定i2*，再經差分運算與實際的輸出電流反饋信號相減后，誤差信號經PI調節得到電流控制PWM生成給定信號um2，此信號連接到切換指令開關SW的1端。切換指令開關選擇兩路輸入其中之一到PWM波形生成環節，產生PWM開關信號，再輸出到逆變器。當SW為1時，逆變器運行于輸出電流控制方式；當SW為0時，逆變器運行于輸出電壓控制方式。
通過靜態切換開關STS連接電網的逆變器在并網運行時為輸出電流控制模式，在脫離電網獨立帶載運行時為輸出電壓控制模式，運行模式切換控制方法參見圖2，首先電源系統運行于并網模式，控制邏輯檢查運行模式切換條件，一旦滿足(Y)則進入下一步運行模式切換過程，否則(N)則繼續并網運行。本發明的特征是當滿足切換條件，從并網運行到獨立運行的切換過程時，先將逆變器輸出控制從電流控制轉換為電壓控制(SW由“1”位轉到“0”位)，并封鎖靜態切換開關STS的驅動信號。同時根據逆變運行模式控制逆變輸出電壓，即在逆變器發電運行時降低輸出電壓，在逆變器整流運行時提高輸出電壓，使電感L2的端電壓VL與電流Ig反向，迫使靜態切換開關的電流迅速下降到零，逆變輸出與電網脫離，稍經延時后，逆變輸出回調至額定電壓幅值，從而切換到獨立地帶載運行。
以三相為例的并網運行到獨立運行切換過程輸出電壓(即電容電壓Vo)、電網電流Ig、電感L2電壓VL的波形如圖3和圖4所示。圖4是圖3中的b相各電壓電流在切換過程中(t0至t4時刻)波形的展開。圖中Vo、ig分別對應圖3中b相逆變輸出電壓Vob和電網電壓Igb。
切換過程的逆變輸出電壓和電網電流波形分階段說明如下階段1(t0-t1)切換開始前，滿足電網電壓與電網電流同步要求，當逆變電源并網發電時，電網電流Ig與電壓Vs同相。在t0時刻開始切換，SW由“1”位轉到“0”位，逆變控制由電流控制模式轉到電壓控制模式，并調節電壓幅值給定使輸出電壓Vo目標值下降，促使電感L2的端電壓與電感電流反向并基本恒定。
階段2(t1-t2)電感L2電流(電網電流Ig)在電壓VL作用下快速下降，到t2時刻靜態切換反并聯晶閘管開關STS電流為零。
階段3(t2-t3)靜態切換反并聯晶閘管開關STS電流下降到零后，在一段時間內，繼續控制逆變輸出電壓幅值小于電網電壓，持續時間大于靜態切換反并聯晶閘管開關STS的截止延時。
階段4(t3-t4)在t3時刻，靜態切換反并聯晶閘管開關STS的斷流時間足以保證其承受反向電壓，逆變器控制輸出電壓目標值回到標準給定值，到t4時刻，負載電壓回復正常。
權利要求
1.基于輸出電壓幅值調節的PWM逆變器并網無縫切換技術，通過靜態切換開關連接電網的逆變器在并網運行時為輸出電流控制模式，在脫離電網獨立帶載運行時為輸出電壓控制模式，其特征是從并網運行到獨立運行的切換過程中，先將逆變器輸出控制從電流控制轉換為電壓控制，并封鎖靜態切換開關的驅動信號，同時控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態切換開關的電流迅速下降到零，逆變器輸出與電網脫離，從而平穩地切換到獨立帶載運行。
2.根據權利要求1所述的基于輸出電壓幅值調節的PWM逆變器并網無縫切換技術，其特征是所說的PWM逆變器從并網運行到獨立運行的切換控制，可以通過具有電壓控制環節、電流控制環節和切換控制指令開關SW的微處理器及其軟件來實現，當SW為1時，逆變器運行于輸出電流控制方式；當SW為0時，逆變器運行于輸出電壓控制方式。
全文摘要
本發明公開的基于輸出電壓幅值調節的PWM逆變器并網無縫切換技術，通過靜態切換開關連接電網的逆變器在并網運行時為輸出電流控制模式，在脫離電網獨立帶載運行時為輸出電壓控制模式，在從并網運行到獨立運行的切換過程中，先將逆變器輸出控制從電流控制轉換為電壓控制，并封鎖靜態切換開關的驅動信號，同時控制逆變輸出電壓幅值迫使靜態切換開關的電流迅速下降到零，逆變器輸出與電網脫離，從而平穩地切換到獨立帶載運行。本發明方法簡單可行，切換快速，并在切換過程中抑制了負載電壓的波動，保證了負載供電的連續性。本發明適用于各種形式PWM方法控制的三相或單相逆變電源，可用于太陽能、風力、燃料電池發電等各種并網與獨立運行多功能電源系統。
文檔編號H02J3/38GK1728496SQ20051005076
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月19日 優先權日2005年7月19日
發明者沈國橋, 徐德鴻, 奚淡基 申請人:浙江大學