一种独立或并网双模逆变器的控制电路及切换方法技术

本发明专利技术公开了一种独立/并网双模逆变器的控制电路及切换技术，并网运行时采用加电网电压前馈的电流环PI控制方式，使并网电流与电网电压同幅、同频、同相；独立运行时采用带前馈的电压环PI控制方式，控制目标为逆变器输出电压的幅值和频率满足负载需求。双模式控制策略的实现使用软硬件结合方法，微控制器提供载波时钟信号、基准正弦波数据表、软件锁相控制和模式选择信号，控制电路包括三角载波生成、参考正弦波生成、电流电压反馈环节、死区设置和单倍频SPWM调制电路。本发明专利技术提出的方法降低逆变器的设计难度，且微处理器软件编程简单，控制环节延迟小，并能够实现独立/并网双模式的无缝平滑切换，工作稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种独立/并网双模逆变器的控制电路及切换方法，属于新能源发电

技术介绍
诸如光伏发电、风力发电等分布式发电单元具有清洁无污染等优点，是未来解决能源和环境问题的重要途径之一。随着新能源发电技术的不断发展，能够整合各种分布式能源的微电网是节省投资、改善电网稳定性和提高电能质量的一个有效途径。分布式发电系统中的电源通常有独立发电和并网发电两种工作模式。在能源充足的情况下，系统工作在并网模式，除了保证本地负载正常工作外，还可以把多余的电能输送给电网，以高效率地利用能源；在能源不充裕的情况下，系统切换到独立工作模式，给本地负载供电。在并网工作模式下，逆变器的输出电压被电网电压箝位而不可控，需要由电流环来控制进网电流，采用为电流控制方式；在独立工作模式下，则需要逆变器的输出电压由电压环控制，采用为电压控制方式。逆变器必须准确快速地完成两种控制方式的转换，减小切换过程中的电流、电压冲击，实现无缝平滑切换，防止负载损坏和安全事故。现今市场上还没有成熟的独立/并网双模式逆变器，能够同时满足独立发电和并网发电的性能要求并进行快速有效的模式切换，而复杂的理论控制策略不适用于开发稳定可靠的产品。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种系统软硬件设计简单、控制环节延迟小、能够无缝平滑进行双模式转换的独立/并网双模逆变器的控制电路及其切换方法。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了 一种独立或并网双模逆变器的控制电路，包括H桥逆变器，H桥逆变器输出的交变电压经LC滤波器后得到用于独立或并网发电的正弦波电流，其特征在于，还包括信号采集调理单元，由信号采集调理单元采用得到逆变器输出电压U。、逆变器输出电流i。及电网电压Ug ；微控制器单元，根据外部命令、或逆变器输出电压U。的频率和相位、或逆变器输出电流i。的频率和相位控制模式选择单元在并网模式与独立模式之间切换，并在并网模式下根据电网电压Ug的幅值、频率及相位控制正弦波发生单元产生基准正弦波，或在独立模式下控制正弦波发生单元产生幅值满足负载要求的基准正弦波，同时，由微控制器单元控制三角波产生电路产生一组设定频率的三角载波及另一组与其反相的三角载波；电压环PI控制单元及电流环PI控制单元，在独立模式下，电压环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元导通，电流环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元截止，由电压环PI控制单元根据逆变器输出电压U。对正弦波发生单元产生的基准正弦波进行调整后送入死区设置单元；在并网模式下，电流环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元导通，电压环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元截止，由电流环PI控制单元根据逆变器输出电流i。及电网电压Ug对正弦波发生单元产生的基准正弦波进行调整后送入死区设置单元；单极性倍频式SPWM调制控制单元，根据死区设置单元得到的正弦波及三角波产生电路得到两组三角载波产生4路单极性倍频式SPWM波的驱动信号控制H桥逆变器。优选地，所述电流环PI控制单元包括第一比较器、第一PI控制器、第二比较器及P控制器，第一比较器的输入端连接分别连接所述信号采集调理单元的逆变器输出电流i。输出端及所述模式选择单元，第一比较器的输出端连接第一 PI控制器的输入端，第二比较器的输入端分别连接第一 PI控制器的输出端及P控制器的输出端，在并网模式下由第二比较器的输出端输出调整后的正弦波输入所述模式选择单元，P控制器的输入端连接所述信号采集调理单元的电网电压Ug的输出端。优选地，所述电压环PI控制单元包括第三比较器及第二 PI控制器，第三比较器的输入端分别连接所述信号采集调理单元的逆变器输出电压U。及所述模式选择单元，第三比较器的输出端连接第二 PI控制器的输入端，第二 PI控制器的输出端连接所述模式选择单J Li ο优选地，所述微控制器单元包括过零检测单元及微控制器，通过过零检测单元捕获所述逆变器输出电压U。、逆变器输出电流i。及电网电压Ug的过零点从而分别确定其频率和相位，微控制器采用数字锁相环(DPLL)跟踪所述电网电压Ug的频率和相位，工作于并网模式时，微控制器调整存储其中的基准正弦波数据表的调制比使其跟踪电网电压Ug的幅值，同时调整查表指针使其与电网电压Ug同频同相，工作于独立模式时，使用给定调制比下的基准正弦波数据表，使其满足负载要求。优选地，所述微控制器采用孤岛保护策略，根据所述逆变器输出电压U。的频率及相位和/或所述逆变器输出电流i。的频率及相位产生各类故障报警信号并封锁所述单极性倍频式SPWM调制控制单元。优选地，所述三角波产生电路包括积分电路及反相电路，所述微控制器单元向积分电路提供预设频率的方波信号，该方波信号经过积分电路后产生一组设定频率的三角载波，该三角载波经过反相器得到另一组与其反相的三角载波。优选地，所述单极性倍频式SPWM调制控制单元包括单极性倍频式SPWM调制单元、与非门、电平转换电路、光耦隔离电路及驱动电路，由所述死区设置单元输出的正弦波及所述三角波产生电路产生的两组三角载波输入单极性倍频式SPWM调制单元后产生4路双极性PWM波形信号，4路双极性PWM波形信号经与非门后后输入电平转换电路转换成4路单极性PWM波形信号，再经光耦隔离电路及驱动电路后驱动所述H桥逆变器。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的独立或并网双模逆变器的控制电路的切换方法，其特征在于，从独立模式切换到并网模式的步骤为当微控制器单元接收到并网发电运行信号后，检测电网电压Ug是否满足并网要求，若满足，则控制电路工作在并网模式，由微控制器单元根据电网电压Ug的幅值、频率及相位通过正弦波发生单元产生基准正弦波，由电流环PI控制单元结合逆变器输出电流i。及电网电压Ug对基准正弦波进行调整后通过单极性倍频式SPWM调制控制单元产生4路单极性倍频式SPWM波的驱动信号，从而使H桥逆变器输出的电压幅值、频率、相位与电网电压Ug —致，然后将H桥逆变器从电压型控制模式切换为电流型控制模式，电流给定等于负载上的电流，最后合上第一并网开关及第二并网开关，缓慢增大电流基准幅值至给定值同时调整输出电流与电网电压Ug同频同相；从并网模式切换到独立模式的步骤为当微控制器单元接收到独立发电运行信号或电力孤岛故障信号，则关断第一并网开关及第二并网开关，然后检测负载的电压幅值、频率及相位，在进网电流过零点时把H桥逆变器控制方式由从电流型控制模式切换为电压型控制模式，微控制器单元控制正弦波发生单元产生幅值满足负载要求的基准正弦波，由电压环PI控制单元结合逆变器输出电压U。对基准正弦波进行调整后通过单极性倍频式SPWM调制控制单元产生4路单极性倍频式SPWM波的驱动信号，使得H桥逆变器的输出电压调整到给定值，保持H桥逆变器持续稳定工作。采用上述技术方案，本专利技术能够实现独立/并网两种发电运行状态，且能够降低系统设计难度，使微处理器软件编程简单，控制环节延迟小，并能够实现独立/并网双模式的无缝平滑切换，工作稳定可靠。附图说明图1为本专利技术的DC/AC逆变控制电路结构框图；图2为本专利技术的逆变器独立运行电压控制框图；图3为本专利技术的逆变器独立运行电流控制框图；图4为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独立或并网双模逆变器的控制电路，包括H桥逆变器，H桥逆变器输出的交变电压经LC滤波器后得到用于独立或并网发电的正弦波电流，其特征在于，还包括：信号采集调理单元，由信号采集调理单元采用得到逆变器输出电压uo、逆变器输出电流io及电网电压ug；微控制器单元，根据外部命令、或逆变器输出电压uo的频率和相位、或逆变器输出电流io的频率和相位控制模式选择单元在并网模式与独立模式之间切换，并在并网模式下根据电网电压ug的幅值、频率及相位控制正弦波发生单元产生基准正弦波，或在独立模式下控制正弦波发生单元产生幅值满足负载要求的基准正弦波，同时，由微控制器单元控制三角波产生电路产生一组设定频率的三角载波及另一组与其反相的三角载波；电压环PI控制单元及电流环PI控制单元，在独立模式下，电压环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元导通，电流环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元截止，由电压坏PI控制单元根据逆变器输出电压uo对正弦波发生单元产生的基准正弦波进行调整后送入死区设置单元；在并网模式下，电流环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元导通，电压环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元截止，由电流环PI控制单元根据逆变器输出电流io及电网电压ug对正弦波发生单元产生的基准正弦波进行调整后送入死区设置单元；单极性倍频式SPWM调制控制单元，根据死区设置单元得到的正弦波及三角波产生电路得到两组三角载波产生4路单极性倍频式SPWM波的驱动信号控制H桥逆变器。...

【技术特征摘要】
1.一种独立或并网双模逆变器的控制电路，包括H桥逆变器，H桥逆变器输出的交变电压经LC滤波器后得到用于独立或并网发电的正弦波电流，其特征在于，还包括: 信号采集调理单元，由信号采集调理单元采用得到逆变器输出电压U。、逆变器输出电流i。及电网电压Ug ； 微控制器单元，根据外部命令、或逆变器输出电压U。的频率和相位、或逆变器输出电流i0的频率和相位控制模式选择单元在并网模式与独立模式之间切换，并在并网模式下根据电网电压Ug的幅值、频率及相位控制正弦波发生单元产生基准正弦波，或在独立模式下控制正弦波发生单元产生幅值满足负载要求的基准正弦波，同时，由微控制器单元控制三角波产生电路产生一组设定频率的三角载波及另一组与其反相的三角载波； 电压环PI控制单元及电流环PI控制单元，在独立模式下，电压环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元导通，电流环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元截止，由电压坏PI控制单元根据逆变器输出电压U。对正弦波发生单元产生的基准正弦波进行调整后送入死区设置单元；在并网模式下，电流环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元导通，电压环PI控制单元经由模式选择单元分别与正弦波发生单元及死区设置单元截止，由电流环PI控制单元根据逆变器输出电流i。及电网电压Ug对正弦波发生单元产生的基准正弦波进行调整后送入死区设置单元； 单极性倍频式SPWM调制控制单元，根据死区设置单元得到的正弦波及三角波产生电路得到两组三角载波产生4路单极性倍频式SPWM波的驱动信号控制H桥逆变器。2.如权利要求1所述的一种独立或并网双模逆变器的控制电路，其特征在于，所述电流环PI控制单元包括第一比较器、第一 PI控制器、第二比较器及P控制器，第一比较器的输入端连接分别连接所述信号采集调理单元的逆变器输出电流i。输出端及所述模式选择单元，第一比较器的输出端连接第一 PI控制器的输入端，第二比较器的输入端分别连接第一PI控制器的输出端及P控制器的输`出端，在并网模式下由第二比较器的输出端输出调整后的正弦波输入所述模式选择单元，P控制器的输入端连接所述信号采集调理单元的电网电压Ug的输出端。3.如权利要求1所述的一种独立或并网双模逆变器的控制电路，其特征在于，所述电压环PI控制单元包括第三比较器及第二 PI控制器，第三比较器的输入端分别连接所述信号采集调理单元的逆变器输出电压U。及所述模式选择单元，第三比较器的输出端连接第二PI控制器的输入端，第二 PI控制器的输出端连接所述模式选择单元。4.如权利要求1所述的一种独立或并网双模逆变器的控制电路，其特征在于，所述微控制器单元包括过零检测单元及微控制器，通过过零检测单元捕获所述逆变器输出电压U。、逆变器输出电流i。及电网电压Ug的过零点从而分别确定其频率和相位，微控制器采用数字锁相环(DPLL)跟踪所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙以泽，董晓伟，杨洁，陈玉洁，孟婥，
申请(专利权)人：东华大学，上海盟津光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：