CN101409516B - 一种简易的并网发电逆变器 - Google Patents

一种简易的并网发电逆变器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种简易的并网发电逆变器。所要解决的技术问题是提供一种适用于光伏、风能并网***逆变用的简易的并网发电逆变器。解决该问题的技术方案是：该逆变器由DC/AC高频逆变变换主电路、电压电流采样电路、PFC控制电路和隔离驱动电路组成；由光伏或风能变换成的直流电压DC作为逆变输入母线电压，经DC/AC高频逆变变换主电路逆变变换，输出正弦波电流；高频逆变变换主电路的输出端连接有电压电流采样电路，该电路输出的电流和电压信号提供给PFC控制电路，由该电路的PFC高功率因数整流控制芯片控制；由PFC控制电路输出的PWM波形经隔离驱动电路接至DC/AC高频逆变变换主电路。本发明可用于光伏或风能并网逆变用。

Description

一种简易的并网发电逆变器
技术领域
本发明涉及一种简易的并网发电逆变器，尤其适用于光伏或风能并网逆变用。
背景技术
太阳能和风能的大规模应用将是21世纪人类社会进步的重要标志，而光伏(风能)并网发电***是光伏(风能)***的发展趋势。光伏(风能)并网发电***的最大优点是不用蓄电池储能，因而节省了投资，***简化且易于维护。
但目前，一般普遍采用的光伏(风能)并网逆变器的结构如图1所示，光伏(风能)并网逆变器主要由二部分组成：前级DC-DC变换器和后级DC-AC逆变器，这2部分通过DClink相连接，DClink的电压为400V左右(市电为220V***时)，在该***中，DC-AC逆变器将电能转换成220V/50Hz的正弦交流电。***保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的相电压同频和同相。同时，传统的光伏并网***为解决孤岛效应问题，需要采用反孤岛效应控制方法。因此控制电路的核心芯片一般采用DSP，存在控制***和算法复杂、保护性能差的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于光伏、风能并网***逆变用的简易的并网发电逆变器，目的在于使逆变器简单可靠。
本发明所采用的技术方案是：简易的并网发电逆变器，其特征在于：该逆变器由DC/AC高频逆变变换主电路、电压电流采样电路、PFC控制电路和隔离驱动电路组成；由光伏或风能变换成的直流电压DC作为逆变输入母线电压，经DC/AC高频逆变变换主电路逆变变换，输出跟踪电网电压的正弦波电流；在DC/AC高频逆变变换主电路的输出端连接有电压电流采样电路，该电路输出的电流和电网电压信号提供给PFC控制电路，由该电路型号为UC3854的PFC高功率因数整流控制芯片进行控制，使得网侧功率因数λ＝1；由PFC控制电路输出的PWM信号经隔离驱动电路接至DC/AC高频逆变变换主电路，作为半桥逆变之驱动管的驱动信号；
所述电压电流采样电路包括电网电压采样电路和电流采样电路，其中：
电网电压采样电路的一路经电阻R13、R14作为PFC高功率因数整流控制芯片U3的电压跟踪基准，另一路经电阻R11、R12及比较器U2B组成的电压过零检测电路，用于提供半桥逆变PWM信号的极性翻转信号；
电流采样电路的一路经电阻R23接至PFC高功率因数整流控制芯片U3的脚5作为电流采样反馈信号输入，另一路经电阻R24输入至控制芯片U3的脚2，作为自动限流输入信号，第三路经电阻R25和电容C4滤波，作为输出平均电流反馈信号，由电阻R3接至由运算放大器U1B、电阻R6、电容C2、C3组成的输出电流PI调节电路，电阻R1、R2、电压基准管Q6及可调电阻VR1组成电流信号给定电路，经所述PI调节电路，再经由电阻R7、R8、R9和运算放大器U1A组成的反相电路输出至电阻R10，接至PFC高功率因数整流控制芯片U3的信号输入脚11，作为芯片U3的乘法器输入控制信号以控制内部基准信号的幅度。
所述DC/AC高频逆变变换主电路由半桥逆变输入滤波电容C20、C21，驱动管Q1、Q2和电感L1组成，该电路的输入端接由光伏或风能变换成的直流电压+Vbus、-Vbus作为逆变输入母线电压，经驱动管Q1、Q2逆变变换，由电感L1滤波后输出正弦交流电流。
所述PFC控制电路由PFC高功率因数整流控制芯片U3及其***电路组成，在电压电流采样电路输入信号的作用下，通过控制芯片U3的脚16输出隔离驱动电路所需的PWM信号。
所述隔离驱动电路包括异或门U5A、反相器U6A、型号均为TLP250的光耦U1、U2，从PFC控制电路输出的PWM信号接至异或门U5A的脚1，异或门U5A的脚2接比较器U2B输出的逆变所需的极性翻转信号，两信号经异或门U5A异或后，一路经电阻R32接至光耦U2的脚3，作为半桥逆变驱动管Q1的驱动信号；另一路经反相器U6A反相后，再经电阻R31接至光耦U1的脚3，作为半桥逆变驱动管Q2的驱动信号。
本发明的有益效果是：采用简单的PFC控制芯片，实现了并网逆变功能，使得逆变器网侧功率因数λ＝1，即网侧电流IN无畸变且与网侧电压UN相位一致，且该电路具有简单可靠的特点。
附图说明
图1是本发明的电路框图。
图2是本发明的电原理图。
图3是本发明现有技术的电路框图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例由DC/AC高频逆变变换主电路1、电压电流采样电路2、PFC控制电路3和隔离驱动电路4组成。由光伏或风能变换成的直流电压DC作为逆变输入母线电压，经DC/AC高频逆变变换主电路1逆变变换，输出跟踪电网电压的正弦波电流；在DC/AC高频逆变变换主电路1的输出端连接有电压电流采样电路2，该电路输出的电流和电网电压信号提供给PFC控制电路3，由该电路的PFC高功率因数整流控制芯片进行控制，使得网侧功率因数λ＝1；由PFC控制电路3输出的PWM波形经隔离驱动电路4接至DC/AC高频逆变变换主电路1，作为半桥逆变之驱动管的驱动信号。
本例的DC/AC高频逆变变换主电路1由半桥逆变输入滤波电容C20、C21，驱动管Q1、Q2和电感L1组成，该电路的输入端接由光伏或风能变换成的+Vbus、-Vbus作为逆变输入母线电压，经Q1、Q2逆变变换，由L1滤波后输出跟踪电网电压的正弦交流电流，完成光能或风能向电网输出能量的目的。
本例的电压电流采样电路2包括电网电压采样电路T2、BR2和电流采样电路T1、BR1、R26，其中：
电网电压采样电路的一路经电阻R13、R14作为PFC高功率因数整流控制芯片U3的电压跟踪基准，另一路经电阻R11、R12及比较器U2B组成的电压过零检测电路，用于提供半桥逆变PWM控制信号的极性翻转信号；
电流采样电路中的一路经R23接至PFC高功率因数整流控制芯片U3的脚5作为电流采样反馈信号输入，另一路经R24输入至U3的的脚2，作为自动限流输入信号，另一路信号经电阻R25和电容C4滤波，作为输出平均电流反馈信号，由电阻R3接至由运算放大器U1B、电阻R6、电容C2、C3组成的输出电流PI调节电路，电阻R1、R2、电压基准管Q6及可调电阻VR1组成电流信号给定电路，经所述PI调节电路，再经由电阻R7、R8、R9和运算放大器U1A组成的反相电路输出至电阻R10，接至PFC高功率因数整流控制芯片U3的信号输入脚11，作为芯片U3的乘法器输入控制信号以控制内部基准信号的幅度。
本例的PFC控制电路3由PFC高功率因数整流控制芯片U3(型号UC3854)及其***电路组成，在以上所述的电压电流采样电路2各输入信号的作用下，通过U3的脚16输出隔离驱动电路4所需的PWM信号。
本例的隔离驱动电路4包括异或门U5A、反相器U6A、光耦U1(型号TLP250)、U2(型号TLP250)，从PFC控制电路3之脚16输出的PWM信号接至异或门U5A的脚1，U5A的脚2接U2B输出的逆变所需的极性翻转信号，两信号经U5A异或后，一路经电阻R32接至光耦U2的脚3，作为半桥逆变驱动管Q1的驱动信号；另一路经反相器U6A反相后，再经电阻R31接至光耦U1的脚3，作为半桥逆变驱动管Q2的驱动信号。
本发明采用具有能量双向流动的逆变主电路，即半桥式或全桥式逆变电路，通过检测输出电流和电网电压信号，由PFC高功率因数整流控制芯片进行控制，使得网侧功率因数λ＝1，即网侧电流无畸变且与网侧电压相位一致，这样回馈至电网的只有有功功率，并能够实现回馈电流IN的快速调节。

Claims (4)

1.一种简易的并网发电逆变器，其特征在于：该逆变器由DC/AC高频逆变变换主电路(1)、电压电流采样电路(2)、PFC控制电路(3)和隔离驱动电路(4)组成；由光伏或风能变换成的直流电压作为逆变输入母线电压，经DC/AC高频逆变变换主电路(1)逆变变换，输出跟踪电网电压的正弦波电流；在DC/AC高频逆变变换主电路(1)的输出端连接有电压电流采样电路(2)，该电压电流采样电路输出的电流和电网电压信号提供给PFC控制电路(3)，由PFC控制电路中的PFC高功率因数整流控制芯片进行控制，使得网侧功率因数λ＝1，该PFC高功率因数整流控制芯片的型号为UC3854；由PFC控制电路(3)输出的PWM信号经隔离驱动电路(4)接至DC/AC高频逆变变换主电路(1)，作为半桥逆变之驱动管的驱动信号；
所述电压电流采样电路(2)包括电网电压采样电路和电流采样电路，其中：
电网电压采样电路的一路经电阻R13、R14作为PFC高功率因数整流控制芯片U3的电压跟踪基准，另一路经电阻R11、R12及比较器U2B组成的电压过零检测电路，用于提供半桥逆变PWM信号的极性翻转信号；
电流采样电路的一路经电阻R23接至PFC高功率因数整流控制芯片U3的脚5作为电流采样反馈信号输入，另一路经电阻R24输入至控制芯片U3的脚2，作为自动限流输入信号，第三路经电阻R25和电容C4滤波，作为输出平均电流反馈信号，由电阻R3接至由运算放大器U1B、电阻R6、电容C2、C3组成的输出电流PI调节电路，电阻R1、R2、电压基准管Q6及可调电阻VR1组成电流信号给定电路，经所述PI调节电路，再经由电阻R7、R8、R9和运算放大器U1A组成的反相电路输出至电阻R10，接至PFC高功率因数整流控制芯片U3的信号输入脚11，作为芯片U3的乘法器输入控制信号以控制内部基准信号的幅度。
2.根据权利要求1所述的简易的并网发电逆变器，其特征在于：所述DC/AC高频逆变变换主电路(1)由半桥逆变输入滤波电容C20、C21，驱动管Q1、Q2和电感L1组成，该电路的输入端接由光伏或风能变换成的直流电压+Vbus、-Vbus作为逆变输入母线电压，经驱动管Q1、Q2逆变变换，由电感L1滤波后输出正弦交流电流。
3.根据权利要求1所述的简易的并网发电逆变器，其特征在于：所述PFC控制电路(3)由PFC高功率因数整流控制芯片U3及其***电路组成，在电压电流采样电路(2)输入信号的作用下，通过控制芯片U3的脚16输出隔离驱动电路(4)所需的PWM信号。
4.根据权利要求1所述的简易的并网发电逆变器，其特征在于：所述隔离驱动电路(4)包括异或门U5A、反相器U6A、型号均为TLP250的光耦U1、U2，从PFC控制电路(3)输出的PWM信号接至异或门U5A的脚1，异或门U5A的脚2接比较器U2B输出的逆变所需的极性翻转信号，两信号经异或门U5A异或后，一路经电阻R32接至光耦U2的脚3，作为半桥逆变驱动管Q1的驱动信号；另一路经反相器U6A反相后，再经电阻R31接至光耦U1的脚3，作为半桥逆变驱动管Q2的驱动信号。
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