發明專利｜適用于孤島和并網模式的微電網功率變換系統

2017-10-20 13:17:19 北極星智能電網在線整理　點擊量：評論 (0)

編者按：本發明公開了一種適用于孤島和并網模式的微電網功率變換系統，包括直流電源電路、電容串聯電路、變壓器、第一開關管橋臂、第二開關管橋臂、控制電路和三相逆變器電路;電容串聯電路的C1和C2中間連接點分別

(4)所述④ 狀態為③ 狀態的續流階段，該狀態下，開關管T1、T2、T3、T4關斷;電流從N2線圈的非同名端流出，經過與開關管T3反并聯的二極管D3、上電容C1后流回N2線圈的同名端，該電流不斷減小，直到為0。

進一步地，當上電容C1上的電容電壓大于下電容C2上的電容電壓時，開關管T1和T3輪流導通，變壓器N1線圈和N2線圈交替作為變壓器原邊，把上電容C1的能量傳遞到下電容C2上，實現兩個電容電壓的均衡;此模式下開關管T2和T4一直保持斷開狀態;

此時微電網功率變換系統的工作狀態依次為：(1)T1導通，T2、T3、T4關斷;(2)T1、T2、T3、T4關斷;(3)T3導通，T1、T2、T4關斷;(4)T1、T2、T3、T4關斷;將這四種工作狀態分別命名為⑤狀態，⑥ 狀態，⑦ 狀態和⑧ 狀態;

(1)⑤ 狀態時，開關管T1導通，T2、T3、T4關斷;電流從上電容C1的正端流出，經過開關管T1、N1線圈后流回上電容C1的負端;根據基爾霍夫方程得到：

公式中

為N1線圈兩端的電壓，

為開關管T1的導通壓降;

與此同時，在變壓器的N2線圈產生電流回路，電流從N2線圈的同名端流出，經過下電容C2、與開關管T4反并聯的二極管D4后回到N2線圈的非同名端;此時：

為N2線圈兩端的電壓，

為二極管D4的導通壓降;

變壓器變比設為1，得到：

結合公式(9)、(10)、(11)，得到：

上電容C1的電壓值與下電容C2的電壓值之差為開關管T1的導通壓降與二極管D4的導通壓降之和;上電容C1在該工作狀態中不斷放出能量，能量被N1線圈吸收后傳遞給N2線圈，然后由N2線圈通過二極管D4不斷向下電容C2充電;在這個過程中，上電容C1放電，下電容C2充電，不斷減小，不斷增加，二者電壓差減少;

(2)⑤ 狀態后是⑥ 狀態，該狀態下電流所有開關管全部關斷，該階段為⑤ 狀態的續流階段，電流從N1線圈的非同名端流出，經過下電容C2、二極管D2后流回繞組N1線圈的同名端，該電流大小不斷減小，最終為0;

(3)⑦ 狀態在⑥ 狀態的續流完成后開始，該狀態下開關管T3導通，T1，T2，T4關斷;電流從上電容C1正端流出，經過開關管T3、N2線圈后流回上電容C1的負端，此時：

變壓器副邊N1線圈產生電流回路，電流從N1線圈的非同名端流出，經過下電容C2、

與開關管T2反并聯的二極管D2后流回N1線圈的同名端，此時：

將變壓器變比設為1，則

根據公式(13)、(14)、(15)得到：

上電容C1在該工作狀態中不斷放出能量，能量被N2線圈吸收后傳遞給N1線圈，然后由N1線圈通過二極管D2不斷向下電容C2充電;在此過程中，上電容C1放電，下電容C2充電，不斷減小，不斷增加，二者電壓差減少;

(4)⑦ 狀態后緊接著是⑧ 狀態，該狀態下T1、T2、T3、T4關斷;該狀態為⑦ 狀態的續流階段，電流從N2圈的同名端流出，經過下電容C2、二極管D4后流回到N2線圈的非同名端，該回路的電流不斷減小，直到為0。

進一步地，所述驅動信號生成模塊包括減法運算單元，絕對值運算單元、限幅單元、三角波載波信號發生單元、多個比較器、數字邏輯運算單元、0V電壓給定單元;

電壓傳感器檢測到的電容C2兩端的電壓和直流電源電路的中性點電壓分別輸入減法運算單元;減法運算單元的一路輸出信號依次通過絕對值運算單元和限幅單元后作為比較器A的一路輸入信號，比較器A的另一路輸入信號為三角載波信號發聲單元產生的三角載波信號;

減法運算器的另一路輸出信號和0V電壓給定單元給定的0V電壓分別輸入比較器B;

比較器A和比較器B的輸出信號分別輸入數字邏輯運算單元，數字邏輯運算單元生成的控制信號G1、G2、G3和G4分別與開關管T1、T2、T3、T4的柵極相連接。

進一步地，所述數字邏輯運算單元生成控制信號的邏輯信號表達式：

式中，A表示符號位，即為比較器B的輸出信號;B表示二分頻信號;C表示原始的PWM信號，即比較器A的輸出信號。

本發明的有益效果是：本發明的微電網功率變換系統能夠將上下電容的電壓差限制在一個開關管和一個二極管的導通壓降之和以內;該電路拓撲能夠有效降低上下電容的電壓差，使得輸出電壓得到明顯的改善，輸出電壓基波幅值基本與給定電壓幅值接近，減少輸出電壓的諧波分量，不再發生B相電壓波形畸變的情況;中性線電壓波動更小，使得輸出電壓更加對稱。

附圖說明

圖1為本發明的微電網功率變換系統的電路拓撲圖;