[發明專利]一種雙工作模式的雙向逆變器

無效

• 申請號: 201210536251.2
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN102969920A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 李一凡;謝清明;王天亮;張花;趙燕;王紫燕
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

技術領域

本發明涉及逆變器，尤其涉及一種雙工作模式的雙向逆變器。

背景技術

近年來，分布式發電作為一種新型的發電方式，越來越受到人們的關注。分布式發電的意義在環境保護、節約能源、能源利用多樣化等方面得到了充分的體現。分布式發電可以充分利用清潔能源，如微型燃氣輪機、太陽能、風能、潮汐能、地熱能、生物廢料能等。同時還可以解決邊遠地區的供電問題，成為了現有電力供應的很好的補充，具有巨大的發展潛力。

目前，分布式發電所應用的逆變器主要有兩種運行模式：一種是并網運行模式，另一種是獨立運行模式。

并網工作模式是指時三相逆變器將電能量直接輸送到三相電網，其控制目標為并網電流，通過控制電流大小以及同三相電壓的相位關系來控制并網有功、無功功率的大小。

并網模式逆變器硬件拓撲結構如圖1所示，該逆變器主回路拓撲由5個部分組成，分別是直流濾波電容11、功率模塊12、交流電抗器1流濾波電容14、預充電電阻15共同組成，預充電電阻15中是并聯在交流母線上的，交流母線上還設有預充電接觸器17。圖1中還包含三相交流電網16。

并網模式逆變器工作過程是預充電電阻15首先接通，為直流濾波電容11進行限流充電，隨后預充電接觸器17閉合，形成交流母線回路。功率模塊2受控制系統PWM信號控制完成斬波輸出，控制交流電抗器13兩端電壓，從而控制交流電抗器中流過的電流的大小、相位，完成并網電流控制。隨后并網電流經過交流濾波電容14濾除三相電流中的高頻分量，降低并網電流的諧波含量。

獨立工作模式是指時三相逆變器直接帶負載運行，其控制目標為輸出三相電壓的幅值為220V，三相電壓相位互差120度。且在額定負載范圍內均能保持該狀態運行。

獨立模式逆變器硬件拓撲結構如圖2所示，該逆變器主回路拓撲由5個部分組成，分別是直流濾波電容21、功率模塊22、交流電抗器23、交流濾波電容24、阻尼電阻25共同組成。圖2中還包含負載26。

獨立模式逆變器工作過程如下：直流濾波電容21濾除直流母線中的低頻交流分量，功率模塊22受控制系統PWM信號控制完成斬波輸出，從而控制功率模塊22端口的交流輸出電壓的幅值、相位。該電壓通過交流電抗器23和交流濾波電容24組成的LC濾波器后濾除其中的高頻分量，為負載6提供高品質的220V、50Hz三相交流電壓輸出。當負載6很小時，為保證控制系統的穩定，在三相交流母線中接入了阻尼電25，保證該系統最小輸出，提高交流電流的穩定性。

目前國內文獻中也曾有人提出過將現有兩種逆變器合并，從而實現并網模式和獨立模式間相互切換的控制方式即雙模式控制，但大多采用共用直流電容的設計方案，硬件拓撲結構如圖3所示。其中只有直流濾波電容1為共用單元，其余各部分硬件系統與前述兩種模式相類似，相當于具備多種模式的逆變器采用各自獨立的拓撲結構，這就造成逆變器的功率密度降低，成本較高，不利于產品的推廣。

發明內容

由于目前市場上的逆變器大多只有一種工作模式，而雙模式逆變器的器件繁多，成本較高，因而提出本發明雙工作模式的雙向逆變器，本發明可以實現并網模式、獨立模式兩種控制功能。此外通過共用逆變器功率模塊，共用逆變器輸出電抗器以及濾波電路，大大減少了器件使用量，降低成本40%以上。

為了解決上述技術效果，本發明是這樣實現的：

本發明公開了一種雙模式逆變器，應用于分布式發電領域，用以解決現有裝置中同一逆變器裝置不能實現并網模式輸出和獨立模式輸出的問題。包括：再并網模式逆變器中增加零線橋臂模塊；共用交流電抗器、濾波器設計、增加了預充電單元，同時軟件上采用雙模式控制。使用本發明之后，可以實現同一逆變器硬件拓撲同時實現并網、獨立兩種模式運行的控制策略。大大降低了傳統逆變器采用兩套獨立硬件的高昂成本，同時滿足了分布式發電的要求。

該雙工作模式的雙向逆變器，包括直流濾波電容、功率模塊、交流電抗器、交流濾波電容、預充電電路和電網斷路器；

直流母線通過直流濾波電容連接功率模塊，功率模塊連接交流母線，交流母線上依次連接交流電抗器、交流濾波電容和預充電電路，然后交流母線直接連接負載并且通過電網斷路器連接三相交流電網；

功率模塊采用四橋臂結構，其引出四路交流母線，分別是三相交流電A、B、C和零線交流電；

交流電抗器包括四個電抗，分別串聯在四路交流母線中；

交流濾波電容包括三個電容，相互成星形連接后，三個自由端連接在其中三相交流電A、B、C的線路上，星形連接處引出一線路連接零線交流電；