CN202406053U - 大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置 - Google Patents

大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置 Download PDF

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CN202406053U CN2012200169302U CN201220016930U CN202406053U CN 202406053 U CN202406053 U CN 202406053U CN 2012200169302 U CN2012200169302 U CN 2012200169302U CN 201220016930 U CN201220016930 U CN 201220016930U CN 202406053 U CN202406053 U CN 202406053U
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张宇
张晓琳
王多平
周志文
李民英
匡金华
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Guangdong Zhicheng Champion Group Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开的是一种抑制大功率并网逆变器冲击电流的装置，并网逆变器由直流电压源、三相逆变桥、滤波电感、滤波电容以及电流数字控制器组成，并网逆变器在响应启动命令时，将检测三相市电电压的幅值与相位，并根据市电电压计算出调制波的值，若直流侧电压满足逆变器并网最低电压，逆变器交流接触器闭合，将此刻调制波的值作为数字控制器输出的初始值并开始数字控制器的工作，使并网逆变器在初始时刻就达到稳态值，不经历过渡过程，即可实现并网无冲击。本实用新型适用于各种形式的PWM型并网逆变器，使得在任何时刻并网，并网电流均可以直接进入稳态，实现平滑无冲击并网。

Description

大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置
技术领域
本实用新型涉及一种并网逆变器抑制启动冲击电流的数字化方法，属于并网逆变器控制方法的领域。
背景技术
三相PWM型并网逆变器可实现以任意功率因数向电网馈送能量，随着可再生能源并网发电技术的发展，三相大功率并网逆变器的控制技术已成为研究的热点之一。
并网逆变器在实际运行中，由于闭环电流反馈控制的存在，通常只控制电流数字控制器的电流给定，而将输出的初始值设为0。由于并网时刻的不同和DSP控制滞后的影响，并网逆变器的输出电压与电网电压在并网瞬间存在幅值与相位差，等效电路图如图3所示，会造成并网瞬间电感冲击电流过大。另外，并网电流过大易造成电感饱和，从而会使得电路中电流激增，进而引起保护装置动作，甚至损坏开关器件。
图1和图2为常见的三相并网逆变器拓扑电路图，目前常用的并网启动方法有如下几种：第一种方法是通过并网冲击电流与投入时刻的关系，选择最佳点将并网逆变器切入电网，这种方法是抑制单相逆变器并网冲击电流的有效方法之一，但是对于三相并网逆变器，三相相差120°，不可能同时达到最佳时刻点，并网时刻仍然会使至少一相存在冲击电流，会对逆变器与电网造成影响；第二种方法是并网继电器闭合之前，使逆变器处于独立运行模式，将逆变器的输出电压与市电电压同频同相同幅值后，再闭合并网开关，这种方法可以有效减小启动冲击电流，但是在并网前逆变器已工作，会造成部分能量的浪费，且逆变器由独立模式过渡到并网模式时，过程较为复杂，有产生冲击电流的可能性。
发明内容
本实用新型就是针对传统技术的不足，提出的一种用于抑制大功率并网逆变器的启动冲击电流的装置，解决了大功率并网***中由于启动冲击电流的存在，对开关器件及电网造成的不良影响，同时提出了一种在任何时刻并网均可抑制冲击电流的有效方法。
本实用新型所述的大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置为：在交直流逆变器的交流侧依次配置有滤波电感、电流传感器、交流电压传感器、交流缓冲继电器及交流继电器，在交直流逆变器的直流侧配置有PWM单元（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）、DSP控制单元（Digital Signal Processing，数字信号处理）及电压电流采样单元，同时在交直流逆变器的直流侧还配置有电压测量单元。
所述的DSP控制单元内有电流数字控制器及周期寄存器。
所述的DSP控制单元内有三个电流数字控制器，所述的三个电流数字控制器分别控制三相并网电流。
进一步的，所述的电流数字控制器为PI控制器。
利用所述的大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置实现数字化抑制的方法为：
第一步：逆变器启动前，DSP控制单元封锁PWM单元脉冲，上位机的启动命令下传到DSP控制单元后，DSP控制单元检测三相市电电压、通过锁相环节获得市电电压的相位与频率、通过电压、电流采样单元获得三相市电电压的瞬时值u a(k)、u b(k)、u c(k)；
第二步：根据三相市电电压的采样值u a(k)、u b(k)、u c(k)和逆变器直流侧电压测量单元的电压采样值Vdc以及DSP控制单元的事件管理器中周期寄存器的T1PR值，得到                                                
Figure 2012200169302100002DEST_PATH_IMAGE001
时刻三相市电调制波、
Figure 2012200169302100002DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 87524DEST_PATH_IMAGE004
的值：   
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 763487DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
当三相市电电压满足并网标准时，DSP控制单元将三相调制波的值
Figure 987795DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 173926DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 458276DEST_PATH_IMAGE004
赋值给PWM单元,使逆变器输出电压与市电同频同相同幅值；
第三步：交直流逆变器的直流侧配置的电压测量单元测量交直流逆变器的电压，当该电压满足最低并网电压时，闭合交流缓冲继电器，延时1秒后，闭合交流继电器，此时为k+n时刻，并将k+n时刻的调制波
Figure 496902DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 524901DEST_PATH_IMAGE010
赋值给DSP控制单元的电流数字控制器，同时该赋值作为电流数字控制器k+n-1时刻的初始值，DSP控制单元的电流数字控制器开始工作，开启PWM脉冲，实现并网电流的输出。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型在不增加硬件成本、不浪费能量的前提下，提出抑制大功率并网逆变器启动冲击电流的数字化方法，通过上述的控制算法，可以实现任何时刻下无冲击并网，减小甚至消除启动瞬间冲击电流对开关器件及电网的影响，控制方便，效果明显。 
附图说明
图1为三相并网逆变器主电路图
图2为三相并网逆变器主电路的另一布置电路图
图3为大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置简化电路图
图4为并网电流环控制简图
图5为未使用本实用新型方案时C相市电电压与电感电流波形图
图6为使用本实用新型方案时C相市电电压与电感电流波形图
图中：1、逆变器；2、滤波电感；3、电流传感器；4、交流电压传感器；5、交流缓冲继电器；6、交流继电器；7、市电电网；8、电压电力采样单元；9、DSP控制单元；10、三相调制波；11、PWM单元；12、直流侧电压测量单元。
具体实施方式
如图3，本实用新型所述的大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置为：在交直流逆变器1的交流侧依次配置有滤波电感2、电流传感器3、交流电压传感器4、交流缓冲继电器5及交流继电器6，交流缓冲继电器5与市电电网7相连，在交直流逆变器1的直流侧配置有PWM单元11、DSP控制单元9及电压电流采样单元8，同时在交直流逆变器1的直流侧还配置有电压测量单元12。
所述的DSP控制单元9内有电流数字控制器及周期寄存器。
所述的DSP控制单元9内有三个电流数字控制器，所述的三个电流数字控制器分别控制三相并网电流中的一相。
***待机过程中，上位机的启动命令下传到DSP控制单元9后，DSP控制单元9封锁PWM单元11脉冲、检测三相市电电压、通过锁相获得市电电压的相位与频率、通过电压电流采样单元8获得三相市电电压幅值，若三相市电电压满足并网标准，按照逆变器1输出电压与市电电网同频同相同幅值的原则，计算三相调制波10
Figure 831117DEST_PATH_IMAGE002
、、的大小，将计算出的三相调制波10赋值给PWM单元11。
所述三相调制波10的计算方法为：根据三相市电电压的采样值u a(k)、u b(k)、u c(k)和交直流逆变器的直流侧电压测量单元的电压采样值Vdc以及DSP控制单元的事件管理器中周期寄存器的T1PR值，可以得到
Figure 112822DEST_PATH_IMAGE001
时刻三相调制波
Figure 414490DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 775065DEST_PATH_IMAGE003
、的值：
Figure 656619DEST_PATH_IMAGE005
Figure 547214DEST_PATH_IMAGE006
Figure 970368DEST_PATH_IMAGE007
进一步，交直流逆变器的直流侧配置的电压测量单元12测量交直流逆变器1的电压，当该电压满足最低并网电压时，闭合交流缓冲继电器5并将k时刻调制波的值
Figure 579204DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 877330DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 888011DEST_PATH_IMAGE004
赋值PWM控制单元，开启PWM脉冲，实现并网电流的输出，此时，DSP控制单元9内的电流数字控制器未投入运行。之后，每隔固定周期采样三相市电电压、计算三相调制波并赋值给PWM单元。该周期由周期寄存器的T1PR值决定。
延时1秒后，闭合交流继电器6，电流数字控制器的运行节点时间为闭合交流继电器6。
如图4所示，并网电流数字控制器投入运行的具体过程为：
如果投入运行的时刻为
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 482066DEST_PATH_IMAGE011
时刻电流数字控制器的输入为
Figure 578198DEST_PATH_IMAGE012
，电流数字控制器的输出为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，则电流数字控制器的差分公式为：
Figure 414436DEST_PATH_IMAGE014
上述公式中kp为比例系数，ki为积分系数。
进一步的，时刻电流数字控制器的输入
Figure 44579DEST_PATH_IMAGE012
为电流传感器3的电流与给定电流相减得到的差值。
进一步的，所述的给定电流指的是并网正弦电流指令值。
将三相调制波在
Figure 628007DEST_PATH_IMAGE011
时刻的值
Figure 877723DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 987631DEST_PATH_IMAGE009
、同时赋值给三相对应的电流数字控制器，作为电流数字控制器的初始值
Figure DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 994212DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure DEST_PATH_IMAGE017
： 
Figure 47619DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure 12032DEST_PATH_IMAGE020
同时，
Figure 118791DEST_PATH_IMAGE011
时刻启动电流数字控制器， 
Figure 411232DEST_PATH_IMAGE012
经过电流数字控制器，由电流数字控制器的差分公式算得三相调制波
Figure DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 392963DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure DEST_PATH_IMAGE023
的值，并将它们重新作为三相调制波的值
Figure 87250DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 364910DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 410226DEST_PATH_IMAGE010
装载到PWM单元中，获得用于驱动IGBT开关管的驱动信号，开始并网电流输出。
进一步的，
Figure 805435DEST_PATH_IMAGE011
以后的三相调制波的值由电流数字控制器的差分方程计算决定，不再由市电采样值的计算来决定。
Figure DEST_PATH_IMAGE025
Figure 478862DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE027
本实用新型所述的方案是通过对调制波和电流数字控制器赋初值，使并网逆变器由一种稳态直接进入另一种稳态，无过渡过程，减小了因电压相位差和幅值差引起的冲击电流，实现了并网逆变器启动瞬间无冲击电流，不会对开关器件及电网造成影响。
为验证本实用新型的实用性，采用三相六桥臂组合式并网逆变器的拓扑结构，在功率为500KVA的样机上进行了实验。
实验表明A相过零点时刻启动并网，BC相有较大的冲击电流，图5为C相电感电流与C相市电电压波形，可以看出冲击电流峰值高达350A；图6为经本实用新型方法处理后的C相电压与C相电感电流波形，从波形图中可以看出该方法基本实现无冲击电流并网。

Claims (4)

1.大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置，其特征在于，在交直流逆变器的交流侧依次配置有滤波电感、电流传感器、交流电压传感器、交流缓冲继电器及交流继电器，在交直流逆变器的直流侧配置有PWM单元、DSP控制单元及电压电流采样单元，同时在交直流逆变器的直流侧还配置有电压测量单元。
2.如权利要求1所述的大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置，其特征在于，所述的DSP控制单元内有电流数字控制器及周期寄存器。
3.如权利要求1所述的大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置，其特征在于，所述的DSP控制单元内有三个电流数字控制器，所述的三个电流数字控制器分别控制三相并网电流。
4.如权利要求2所述的大功率并网逆变器抑制启动冲击电流的装置，其特征在于，所述的电流数字控制器为PI控制器。
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