风力发电微型逆变器装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种风力发电微型逆变器装置及控制方法，所述微型逆变器装置包括：第一正激变换器、第二正激变换器、LC滤波器、RCD吸收电路、LCL滤波器、第一驱动模块、第二驱动模块、转速传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第一电流传感器、第二电流传感器、第三功率管、第四功率管和MPU控制器。该风力发电微型逆变器装置利用两个正激变换器在电网电压的正半波周期内与负半波周期内交替工作，并通过第三功率管与第四功率管进行并网电流换向，可提高逆变器装置的可靠性。该风力发电微型逆变器装置的控制方法通过对并网电流设定值的扰动实现风力发电的最大功率跟踪，并结合双闭环PI控制器与前馈补偿器对并网电流进行控制，可有效降低谐波含量，提高电能质量。

【技术实现步骤摘要】
风力发电微型逆变器装置及控制方法
本专利技术涉及风力发电
，更为具体地，涉及一种适用于含整流器的永磁直驱风机的风力发电微型逆变器装置及控制方法。
技术介绍
风力发电因具有储量大、清洁可再生等优点，已成为当前新能源发电的主要方向之一。小型风力发电具有成本低、安装灵活的特点，广泛应用于风力资源较好的西北部农村以及海岛、边防等大电网难以提供电力的地区。对于并网运行的小型风力发电，其结构一般包括永磁直驱风机、整流器与逆变器。其中，逆变器多采用两级式拓扑结构，前级为DC-DC变换电路，负责风机的最大功率跟踪控制，后级为DC-AC变换电路，负责并网电流的控制。该拓扑结构的缺点为功率管数目较多，因而可靠性差。另外，并网电流的控制多采用单回路PI控制器，存在谐波含量高、适应能力差的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种适用于含整流器的永磁直驱风机的风力发电微型逆变器装置及控制方法，以有效提高小型风力发电的可靠性与电能质量。本专利技术提供的风力发电微型逆变器装置，包括：第一正激变换器、第二正激变换器、LC滤波器、RCD吸收电路、LCL滤波器、第一驱动模块、第二驱动模块、转速传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第一电流传感器、第二电流传感器、第三功率管、第四功率管和MPU控制器；其中，第一电流传感器的测量正端与永磁直驱风机中的整流器的单相输出正端连接，第一电流传感器的测量负端与LC滤波器的输入正端连接，第一电流传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；LC滤波器的输入负端与整流器的单相输出负端连接，LC滤波器的输出正端与RCD吸收电路的第一端连接，LC滤波器的输出负端与第一正激变换器的输入负端连接；RCD吸收电路的第二端与第一正激变换器的输入正端连接，RCD吸收电路的第三端分别与第一正激变换器中第一功率管的漏极以及第二正激变换器中第二功率管的漏极连接；第一正激变换器的输出正端与LCL滤波器的输入正端连接，第一正激变换器的输出负端与第二正激变换器的输出负端连接；第三功率管的漏极与第一正激变换器的输出正端连接，第三功率管的源极与第一正激变换器的输出负端连接，第三功率管的栅极与第二驱动模块的第一输出端连接；第二正激变换器的输入正端与LC滤波器的输出正端连接，第二正激变换器的输入负端与LC滤波器的输出负端连接，第二正激变换器的输出正端与LC滤波器的输入负端连接，第二正激变换器的输出负端与第一正激变换器的输出负端连接；第四功率管的漏极与第二正激变换器的输出正端连接，第四功率管的源极与第二正激变换器的输出负端连接，第四功率管的栅极与第二驱动模块的第二输出端连接；LCL滤波器的输入负端与第二正激变换器的输出正端连接，LCL滤波器的输出正端与第二电流传感器的测量正端连接，LCL滤波器的输出负端与单相电网的零线接线端连接；第一驱动模块的第一输出端与第一功率管的栅极连接，第一驱动模块的第二输出端与第二功率管的栅极连接，第一驱动模块的第一输入端和第二输入端分别与MPU控制器连接；第二驱动模块的第一输出端与第三功率管的栅极连接，第二驱动模块的第二输出端与第四功率管的栅极连接，第二驱动模块的第一输入端和第二输入端分别与MPU控制器连接；转速传感器的两个输入端分别与永磁直驱风机三相输出端中的两个输出端连接，转速传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；第一电压传感器的测量正端与LC滤波器中第一电容的正极连接，第一电压传感器的测量负端与第一电容的负极连接，第一电压传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；第二电压传感器的测量正端与LCL滤波器中第四电容的正极连接，第二电压传感器的测量负端与第四电容的负极连接，第二电压传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；第三电压传感器的测量正端与单相电网的火线接线端连接，第三电压传感器的测量负端与单相电网的零线接线端连接，第三电压传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；第二电流传感器的测量正端与LCL滤波器的输出正端连接，第二电流传感器的测量负端与单相电网的火线接线端连接，第二电流传感器的测量信号输出端与MPU控制器连接；MPU控制器分别与第一驱动模块的第一输入端、第二输入端以及第二驱动模块的第一输入端、第二输入端连接，还分别与转速传感器、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器和第二电流传感器的测量信号输出端连接。另外，优选的结构是，LC滤波器包括：第一电感和第一电容；其中，第一电感的一端与第一电流传感器的测量负端连接，第一电感的另一端与RCD吸收电路的第一端连接；第一电容的正极与RCD吸收电路的第一端连接，第一电容的负极与整流器的单相输出负端连接。此外，优选的结构是，RCD吸收电路包括：电阻、第二电容和第二二极管；其中，电阻的一端与LC滤波器的输出正端连接，电阻的另一端与第二二极管的阴极连接；第二电容的正极与第二二极管的阴极连接，第二电容的负极与LC滤波器的输出正端连接；第二二极管的阳极分别与第一功率管的漏极以及第二功率管的漏极连接，第二二极管的阴极与电阻的另一端连接，第二二极管的阴极还与第二电容的正极连接。再者，优选的结构是，第一正激变换器包括：第一正激变压器、第一功率管、第一二极管和第三二极管；其中，第一正激变压器的输入正端与RCD吸收电路的第二端连接，第一正激变压器的输入负端与第一功率管的漏极连接，第一正激变压器的输出正端与第一二极管的阴极连接，第一正激变压器的输出负端与第三二极管的阴极连接；第一功率管的源极与LC滤波器的输出负端连接，第一功率管的栅极与第一驱动模块的第一输出端连接；第一二极管的阳极与LCL滤波器的输入正端连接，第一二极管的阴极与第一正激变压器的输出正端连接；第三二极管的阳极与LCL滤波器的输入正端连接，第三二极管的阴极与第一正激变压器的输出负端连接。此外，优选的结构是，第二正激变换器包括：第二正激变压器、第二功率管、第四二极管和第五二极管；其中，第二正激变压器的输入正端与LC滤波器的输出正端连接，第二正激变压器的输入负端与第二功率管的漏极连接，第二正激变压器的输出正端与第四二极管的阴极连接，第二正激变压器的输出负端与第五二极管的阴极连接；第二功率管的源极与LC滤波器的输出负端连接，第二功率管的栅极与第一驱动模块的第二输出端连接；第四二极管的阳极与LCL滤波器的输入负端连接，第四二极管的阴极与第二正激变压器的输出正端连接；第五二极管的阳极与LCL滤波器的输入负端连接，第五二极管的阴极与第二正激变压器的输出负端连接。再者，优选的结构是，LCL滤波器包括：第三电容、第四电容、第二电感、第三电感、第四电感和第五电感；其中，第三电容的正极与第一正激变换器的输出正端连接，第三电容的负极与第二正激变换器的输出正端连接；第二电感的一端与第三电容的正极连接，第二电感的另一端与第四电容的正极连接；第三电感的一端与第四电容的正极连接，第三电感的另一端与第二电流传感器的测量正端连接；第四电感的一端与第三电容的负极连接，第四电感的另一端与第四电容的负极连接；第四电容的正极与第二电感的另一端连接，第四电容的负极与第四电感的另一端连接；第五电感的一端与第四电容的负极连接，第五电感的另一端与单相电网的零线接线端连接。此外，优选的结构是，第三功率管与第四功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电微型逆变器装置，其特征在于，包括：第一正激变换器(1)、第二正激变换器(2)、LC滤波器(3)、RCD吸收电路(4)、LCL滤波器(5)、第一驱动模块(6)、第二驱动模块(7)、转速传感器(WT)、第一电压传感器(UT1)、第二电压传感器(UT2)、第三电压传感器(UT3)、第一电流传感器(CT1)、第二电流传感器(CT2)、第三功率管(Q3)、第四功率管(Q4)和MPU控制器(8)；其中，所述第一电流传感器(CT1)的测量正端与永磁直驱风机(GS)中的整流器(9)的单相输出正端连接，所述第一电流传感器(CT1)的测量负端与所述LC滤波器(3)的输入正端连接，所述第一电流传感器(CT1)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述LC滤波器(3)的输入负端与所述整流器(9)的单相输出负端连接，所述LC滤波器(3)的输出正端与所述RCD吸收电路(4)的第一端连接，所述LC滤波器(3)的输出负端与所述第一正激变换器(1)的输入负端连接；所述RCD吸收电路(4)的第二端与所述第一正激变换器(1)的输入正端连接，所述RCD吸收电路(4)的第三端分别与所述第一正激变换器(1)中第一功率管(Q1)的漏极以及所述第二正激变换器(2)中第二功率管(Q2)的漏极连接；所述第一正激变换器(1)的输出正端与所述LCL滤波器(5)的输入正端连接，所述第一正激变换器(1)的输出负端与所述第二正激变换器(2)的输出负端连接；所述第三功率管(Q3)的漏极与所述第一正激变换器(1)的输出正端连接，所述第三功率管(Q3)的源极与所述第一正激变换器(1)的输出负端连接，所述第三功率管(Q3)的栅极与所述第二驱动模块(7)的第一输出端连接；所述第二正激变换器(2)的输入正端与所述LC滤波器(3)的输出正端连接，所述第二正激变换器(2)的输入负端与所述LC滤波器(3)的输出负端连接，所述第二正激变换器(2)的输出正端与所述LC滤波器(3)的输入负端连接，所述第二正激变换器(2)的输出负端与所述第一正激变换器(1)的输出负端连接；所述第四功率管(Q4)的漏极与所述第二正激变换器(2)的输出正端连接，所述第四功率管(Q4)的源极与所述第二正激变换器(2)的输出负端连接，所述第四功率管(Q4)的栅极与所述第二驱动模块(7)的第二输出端连接；所述LCL滤波器(5)的输入负端与所述第二正激变换器(2)的输出正端连接，所述LCL滤波器(5)的输出正端与所述第二电流传感器(CT2)的测量正端连接，所述LCL滤波器(5)的输出负端与单相电网(10)的零线接线端连接；所述第一驱动模块(6)的第一输出端与所述第一功率管(Q1)的栅极连接，所述第一驱动模块(6)的第二输出端与所述第二功率管(Q2)的栅极连接，所述第一驱动模块(6)的第一输入端和第二输入端分别与所述MPU控制器(8)连接；所述第二驱动模块(7)的第一输出端与所述第三功率管(Q3)的栅极连接，所述第二驱动模块(7)的第二输出端与所述第四功率管(Q4)的栅极连接，所述第二驱动模块(7)的第一输入端和第二输入端分别与所述MPU控制器(8)连接；所述转速传感器(WT)的两个输入端分别与所述永磁直驱风机(GS)三相输出端中的两个输出端连接，所述转速传感器(WT)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述第一电压传感器(UT1)的测量正端与所述LC滤波器(3)中第一电容(C1)的正极连接，所述第一电压传感器(UT1)的测量负端与所述第一电容(C1)的负极连接，所述第一电压传感器(UT1)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述第二电压传感器(UT2)的测量正端与所述LCL滤波器(5)中第四电容(C4)的正极连接，所述第二电压传感器(UT2)的测量负端与所述第四电容(C4)的负极连接，所述第二电压传感器(UT2)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述第三电压传感器(UT3)的测量正端与所述单相电网(10)的火线接线端连接，所述第三电压传感器(UT3)的测量负端与所述单相电网(10)的零线接线端连接，所述第三电压传感器(UT3)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述第二电流传感器(CT2)的测量正端与所述LCL滤波器(5)的输出正端连接，所述第二电流传感器(CT2)的测量负端与所述单相电网(10)的火线接线端连接，所述第二电流传感器(CT2)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述MPU控制器(8)分别与所述第一驱动模块(6)的第一输入端、第二输入端以及所述第二驱动模块(7)的第一输入端、第二输入端连接，还分别与所述转速传感器(WT)、所述第一电压传感器(UT1)、所述第二电压传感器(UT2)、所述第三电压传感器(UT3)和所述第二电流传感器(CT2)的测量信号输出端连...

【技术特征摘要】
1.一种风力发电微型逆变器装置，其特征在于，包括：第一正激变换器(1)、第二正激变换器(2)、LC滤波器(3)、RCD吸收电路(4)、LCL滤波器(5)、第一驱动模块(6)、第二驱动模块(7)、转速传感器(WT)、第一电压传感器(UT1)、第二电压传感器(UT2)、第三电压传感器(UT3)、第一电流传感器(CT1)、第二电流传感器(CT2)、第三功率管(Q3)、第四功率管(Q4)和MPU控制器(8)；其中，所述第一电流传感器(CT1)的测量正端与永磁直驱风机(GS)中的整流器(9)的单相输出正端连接，所述第一电流传感器(CT1)的测量负端与所述LC滤波器(3)的输入正端连接，所述第一电流传感器(CT1)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述LC滤波器(3)的输入负端与所述整流器(9)的单相输出负端连接，所述LC滤波器(3)的输出正端与所述RCD吸收电路(4)的第一端连接，所述LC滤波器(3)的输出负端与所述第一正激变换器(1)的输入负端连接；所述RCD吸收电路(4)的第二端与所述第一正激变换器(1)的输入正端连接，所述RCD吸收电路(4)的第三端分别与所述第一正激变换器(1)中第一功率管(Q1)的漏极以及所述第二正激变换器(2)中第二功率管(Q2)的漏极连接；所述第一正激变换器(1)的输出正端与所述LCL滤波器(5)的输入正端连接，所述第一正激变换器(1)的输出负端与所述第二正激变换器(2)的输出负端连接；所述第三功率管(Q3)的漏极与所述第一正激变换器(1)的输出正端连接，所述第三功率管(Q3)的源极与所述第一正激变换器(1)的输出负端连接，所述第三功率管(Q3)的栅极与所述第二驱动模块(7)的第一输出端连接；所述第二正激变换器(2)的输入正端与所述LC滤波器(3)的输出正端连接，所述第二正激变换器(2)的输入负端与所述LC滤波器(3)的输出负端连接，所述第二正激变换器(2)的输出正端与所述LC滤波器(3)的输入负端连接，所述第二正激变换器(2)的输出负端与所述第一正激变换器(1)的输出负端连接；所述第四功率管(Q4)的漏极与所述第二正激变换器(2)的输出正端连接，所述第四功率管(Q4)的源极与所述第二正激变换器(2)的输出负端连接，所述第四功率管(Q4)的栅极与所述第二驱动模块(7)的第二输出端连接；所述LCL滤波器(5)的输入负端与所述第二正激变换器(2)的输出正端连接，所述LCL滤波器(5)的输出正端与所述第二电流传感器(CT2)的测量正端连接，所述LCL滤波器(5)的输出负端与单相电网(10)的零线接线端连接；所述第一驱动模块(6)的第一输出端与所述第一功率管(Q1)的栅极连接，所述第一驱动模块(6)的第二输出端与所述第二功率管(Q2)的栅极连接，所述第一驱动模块(6)的第一输入端和第二输入端分别与所述MPU控制器(8)连接；所述第二驱动模块(7)的第一输出端与所述第三功率管(Q3)的栅极连接，所述第二驱动模块(7)的第二输出端与所述第四功率管(Q4)的栅极连接，所述第二驱动模块(7)的第一输入端和第二输入端分别与所述MPU控制器(8)连接；所述转速传感器(WT)的两个输入端分别与所述永磁直驱风机(GS)三相输出端中的两个输出端连接，所述转速传感器(WT)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述第一电压传感器(UT1)的测量正端与所述LC滤波器(3)中第一电容(C1)的正极连接，所述第一电压传感器(UT1)的测量负端与所述第一电容(C1)的负极连接，所述第一电压传感器(UT1)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述第二电压传感器(UT2)的测量正端与所述LCL滤波器(5)中第四电容(C4)的正极连接，所述第二电压传感器(UT2)的测量负端与所述第四电容(C4)的负极连接，所述第二电压传感器(UT2)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述第三电压传感器(UT3)的测量正端与所述单相电网(10)的火线接线端连接，所述第三电压传感器(UT3)的测量负端与所述单相电网(10)的零线接线端连接，所述第三电压传感器(UT3)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述第二电流传感器(CT2)的测量正端与所述LCL滤波器(5)的输出正端连接，所述第二电流传感器(CT2)的测量负端与所述单相电网(10)的火线接线端连接，所述第二电流传感器(CT2)的测量信号输出端与所述MPU控制器(8)连接；所述MPU控制器(8)分别与所述第一驱动模块(6)的第一输入端、第二输入端以及所述第二驱动模块(7)的第一输入端、第二输入端连接，还分别与所述转速传感器(WT)、所述第一电压传感器(UT1)、所述第二电压传感器(UT2)、所述第三电压传感器(UT3)和所述第二电流传感器(CT2)的测量信号输出端连接。2.权利要求1所述的风力发电微型逆变器装置，其特征在于，所述LC滤波器(3)包括：第一电感(L1)和第一电容(C1)；其中，所述第一电感(L1)的一端与所述第一电流传感器(CT1)的测量负端连接，所述第一电感(L1)的另一端与所述RCD吸收电路(4)的第一端连接；所述第一电容(C1)的正极与所述RCD吸收电路(4)的第一端连接，所述第一电容(C1)的负极与所述整流器(9)的单相输出负端连接。3.权利要求1所述的风力发电微型逆变器装置，其特征在于，所述RCD吸收电路(4)包括：电阻(R)、第二电容(C2)和第二二极管(D2)；其中，所述电阻(R)的一端与所述LC滤波器(3)的输出正端连接，所述电阻(R)的另一端与所述第二二极管(D2)的阴极连接；所述第二电容(C2)的正极与所述第二二极管(D2)的阴极连接，所述第二电容(C2)的负极与所述LC滤波器(3)的输出正端连接；所述第二二极管(D2)的阳极分别与所述第一功率管(Q1)的漏极以及所述第二功率管(Q2)的漏极连接，所述第二二极管(D2)的阴极与所述电阻(R)的另一端连接，所述第二二极管(D2)的阴极还与所述第二电容(C2)的正极连接。4.权利要求1所述的风力发电微型逆变器装置，其特征在于，所述第一正激变换器(1)包括：第一正激变压器(TX1)、所述第一功率管(Q1)、第一二极管(D1)和第三二极管(D3)；其中，所述第一正激变压器(TX1)的输入正端与所述RCD吸收电路(4)的第二端连接，所述第一正激变压器(TX1)的输入负端与所述第一功率管(Q1)的漏极连接，所述第一正激变压器(TX1)的输出正端与所述第一二极管(D1)的阴极连接，所述第一正激变压器(TX1)的输出负端与所述第三二极管(D3)的阴极连接；所述第一功率管(Q1)的源极与所述LC滤波器(3)的输出负端连接，所述第一功率管(Q1)的栅极与所述第一驱动模块(6)的第一输出端连接；所述第一二极管(D1)的阳极与所述LCL滤波器(5)的输入正端连接，所述第一二极管(D1)的阴极与所述第一正激变压器(TX1)的输出正端连接；所述第三二极管(D3)的阳极与所述LCL滤波器(5)的输入正端连接，所述第三二极管(D3)的阴极与所述第一正激变压器(TX1)的输出负端连接。5.权利要求1所述的风力发电微型逆变器装置，其特征在于，所述第二正激变换器(2)包括：第二正激变压器(TX2)、所述第二功率管(Q2)、第四二极管(D4)和第五二极管(D5)；其中，所述第二正激变压器(TX2)的输入正端与所述LC滤波器(3)的输出正端连接，所述第二正激变压器(TX2)的输入负端与所述第二功...

【专利技术属性】
技术研发人员：于萍，王挺，
申请(专利权)人：中科诺维北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11