[發(fā)明專利]高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器的雙極性調制控制裝置有效
申請?zhí)枺?/td> | 201210002655.3 | 申請日: | 2012-01-06 |
公開(公告)號: | CN102437772A | 公開(公告)日: | 2012-05-02 |
發(fā)明(設計)人: | 闞加榮;姚志壘;朱曉琴;顧春雷;張美琪;李寧;胡國文;陳榮 | 申請(專利權)人: | 鹽城工學院 |
主分類號: | H02M7/5387 | 分類號: | H02M7/5387;H02M5/293;H02M1/12;H02J3/38 |
代理公司: | 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204 | 代理人: | 柏尚春 |
地址: | 224051*** | 國省代碼: | 江蘇;32 |
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摘要: | |||
搜索關鍵詞: | 高頻 脈沖 交流 環(huán)節(jié) 逆變器 極性 調制 控制 裝置 | ||
技術領域
本發(fā)明涉及一種高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器的雙極性調制控制裝置,屬于電力電子控制技術領域。
背景技術
由于化石能源的短缺和越來越高的價格,新能源發(fā)電技術受到人們的廣泛重視。整個新能源發(fā)電系統(tǒng)的電路結構對于系統(tǒng)的重量、體積、成本以及效率都會產(chǎn)生至關重要的影響。對于像光伏電池、燃料電池這樣的以直流輸入的發(fā)電系統(tǒng)而言,通常的并網(wǎng)發(fā)電裝置結構有:①單級式非隔離型并網(wǎng)逆變器(DC/AC);②直-直變換器(DC/DC)+逆變器(DC/AC)+工頻變壓器;③高頻隔離的直-直變換器(DC/DC)+逆變器(DC/AC);④高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器。第一種結構最簡單,成本最低,但是單級逆變器需要承擔如最大功率點跟蹤和并網(wǎng)電流波形控制的任務;而且,由于輸入端的電壓變化范圍非常大,對逆變器的器件選擇和濾波器的設計提出了更高的要求;此外,由于系統(tǒng)無隔離變壓器,系統(tǒng)存在共模電流和并網(wǎng)電流的直流分量,雖然針對這兩個問題提出了相應的控制策略,但是由于系統(tǒng)寄生參數(shù)的不確定性,造成此類問題不能完全消除。第二種結構采用了工頻變壓器,雖然實現(xiàn)了并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的電氣隔離,但是其體積、重量以及成本大大增加。第三種結構采用高頻變壓器隔離并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng),但是其電力變換的級數(shù)共有3級,這影響了系統(tǒng)的并網(wǎng)效率;第四種結構采用逆變器(DC/AC)+高頻隔離變壓器+交-交(AC/AC)周波變換器的結構,只有兩級電力變換,其效率相對較高,而且相對于第三種電路結構省去了直-直(DC/DC)變換器的LC濾波器,節(jié)省了系統(tǒng)的成本,關鍵的是其中的隔離變壓器工作在高頻狀態(tài),其體積和重量都非常的小。
常用的單相高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器的主電路如圖1所示,該逆變器由光伏電池供電,開關管S1~S4構成了橋式逆變器,其輸出接高頻隔離變壓器,變壓器的副邊與由開關管S5~S8構成的周波變換器連接,在周波變換器與電網(wǎng)之間接濾波電感,實現(xiàn)高頻脈沖交流交流環(huán)節(jié)逆變器的并網(wǎng)。單相高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器常用的調制方式有單極性調制方式與雙極性調制方式,其各自的輸出電壓原理波形圖分別如圖2和圖3所示。從圖2所示單極性調制方式的電壓原理波形圖可以看出正弦調制在由S1~S4構成的逆變器中進行,而圖3所示雙極性調制方式的電壓原理波形圖可以看出正弦調制在由S5~S8構成的周波變換器中進行。
目前越來越多的新能源發(fā)電系統(tǒng)中配置儲能裝置,如蓄電池和超級電容,在電網(wǎng)故障與太陽能電池不發(fā)電時給本地的關鍵負載提供不間斷的電源,這些儲能裝置在新能源發(fā)電系統(tǒng)中安裝的位置直接關系到系統(tǒng)電能變換的效率。對于圖1所示的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng),如果儲能裝置及其充放電變換器接在光伏電池側,則會引起在電網(wǎng)故障時變換效率低,因為儲能裝置到交流側的關鍵負載有3級功率變換;如果儲能裝置及其充放電變換器接在電網(wǎng)側,那么白天光照充足時儲能裝置充電的效率低,因為光伏電池到儲能裝置也有3級功率變換;因此儲能裝置及其充放電變換器接在圖1中的變壓器原邊是個較好的選擇。由圖2所示單極性調制方式的電壓原理波形圖可以看出,變壓器原邊電壓為脈寬變化的交流電,將該電壓作為儲能裝置充放電變換器的輸入電壓會產(chǎn)生一些不良影響:①如果將S1~S4組成的逆變器與充放電變換器看成一個整體,則光伏電池的直流電壓利用率很低;②此外儲能裝置充放電變換器的輸入電壓在整流為直流電壓后,其中含有較大的低頻紋波成份,這對充電器的控制提出了很高的要求,且對儲能裝置特性造成不利影響。因此雙極性調制的高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器能夠解決上述問題。
從圖3可以看出,雖然雙極性調制的高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器在變壓器的原邊得到定頻定寬的高頻脈沖交流電,但是現(xiàn)有的雙極性調制方式需要引入對濾波電感電流極性的檢測,而濾波電感電流在一個開關周期內變化很大,在由正變負或者由負變正的過程中極性會出現(xiàn)反復變化,而且電感電流檢測量易受電磁干擾,這對其極性的判斷增添了難度。因此雙極性調制的高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器在電感電流極性變化的過程中,其輸出電壓波形極易發(fā)生畸變,給并網(wǎng)電流中引入了較大的低次諧波分量。
因此需要找到一種適合光伏發(fā)電的高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器的雙極性調制控制裝置,這對于有效提高逆變器并網(wǎng)電流的質量,提高電能利用率和降低電磁干擾有積極的作用,并對新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生推動作用。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器雙極性調制策略需要引入濾波電感電流極性參與控制的缺點,使高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器適用于帶儲能裝置的新能源發(fā)電系統(tǒng),改善高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器并網(wǎng)電流的質量。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的,采用如下技術方案:
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