并網(wǎng)逆變器及其輸出濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種并網(wǎng)逆變器，包括交流輸出濾波單元和數(shù)據(jù)采集器、控制器，所述數(shù)據(jù)采集器用于采集三相逆變橋的輸出電流，并將采集的電流數(shù)據(jù)輸出至控制器；所述交流輸出濾波單元中包括至少一個(gè)LC濾波器或LCL濾波器，每個(gè)LC濾波器或LCL濾波器的電感支路串聯(lián)至少一個(gè)第二電感，LC濾波器的電容支路并聯(lián)至少一個(gè)第二電容。本發(fā)明并網(wǎng)逆變器僅采用了兩個(gè)開關(guān)器件就實(shí)現(xiàn)了組合濾波，減少了開關(guān)器件的使用數(shù)量，降低了成本。本發(fā)明提供的輸出濾波方法減小了輸出電流較小時(shí)的輸出諧波，增大了輸出電流較小時(shí)的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說(shuō)明】并網(wǎng)逆變器及其輸出濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種并網(wǎng)逆變器及其輸出濾波方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著并網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。并網(wǎng)逆變器的輸出電能質(zhì)量受到更多關(guān)注。為了降低并網(wǎng)輸出諧波，提高輸出電能質(zhì)量，需要對(duì)并網(wǎng)逆變器的交流輸出進(jìn)行濾波處理。為實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的輸出濾波，傳統(tǒng)的方法是改變功率器件的開關(guān)頻率，輸出較小時(shí)增大功率模塊的開關(guān)頻率。傳統(tǒng)方法實(shí)施較為復(fù)雜，且改變開關(guān)頻率對(duì)功率器件也會(huì)產(chǎn)生很大影響。中國(guó)專利《一種并網(wǎng)逆變器及其交流輸出濾波方法》(專利號(hào)為201010553722.1)公開了一種并網(wǎng)逆變器和輸出濾波方法，該方法是在交流逆變器的輸出側(cè)并聯(lián)一組LC或LCL濾波器。雖然這種方法能夠在輸出較小時(shí)達(dá)到較好的濾波效果，但是并聯(lián)的一組LC或LCL濾波器中使用了至少4個(gè)開關(guān)，使用的開關(guān)數(shù)量較多，切換過(guò)程較為復(fù)雜，且投入切出原則是根據(jù)輸出功率大小而確定，在輸出較小電壓電流時(shí)電感參數(shù)都需額定選取，提高成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的開關(guān)數(shù)量多、切換過(guò)程復(fù)雜的不足，提供一種開關(guān)數(shù)量較少的并網(wǎng)逆變器，同時(shí)提供一種并網(wǎng)逆變器的輸出濾波方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
[0005]一種并網(wǎng)逆變器，包括交流輸出濾波單元和數(shù)據(jù)采集器，所述交流輸出濾波單元和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè)置有控制器，所述數(shù)據(jù)采集器用于采集三相逆變橋的輸出電流，并將采集的電流數(shù)據(jù)輸出至控制器；所述交流輸出濾波單元中包括至少一個(gè)LC濾波器或LCL濾波器，每個(gè)LC濾波器或LCL濾波器的電感支路串聯(lián)至少一個(gè)第二電感，LC濾波器的電容支路并聯(lián)至少一個(gè)第二電容。
[0006]優(yōu)選的，所述輸出濾波單元包括一個(gè)LC濾波器，所述LC濾波器的第一電感串聯(lián)第一開關(guān)和一個(gè)第二電感，LC濾波器的第一電容串聯(lián)第二開關(guān),第一電容并聯(lián)一個(gè)第二電容；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)和第二開關(guān)均斷開時(shí)，第一電感、第二電感和第一電容組成第一濾波電路；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)和第二開關(guān)均連通時(shí)，第一電感、第一電容和第二電容組成第二濾波電路；所述控制器通過(guò)控制第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)斷開或連通進(jìn)行第一濾波電路與第二濾波電路之間的切換。
[0007]上述并網(wǎng)逆變器中，所述控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集器采集的三相逆變橋的輸出電流控制第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)斷開或連通。
[0008]本發(fā)明還提供了一種并網(wǎng)逆變器的輸出濾波方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集三相逆變橋的輸出電流；
[0010]步驟2:控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集器采集的三相逆變橋的輸出電流控制交流輸出濾波單元中的第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)斷開或連通，進(jìn)行第一濾波電路與第二濾波電路之間的切換。[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，上述并網(wǎng)逆變器的輸出濾波方法中，所述步驟2包括:
[0012]步驟2-1:選取三相逆變橋輸出的三個(gè)電流中電流值最大的一個(gè)電流作為三相逆變橋的當(dāng)前輸出電流；
[0013]步驟2-2:判斷當(dāng)前輸出電流是否大于設(shè)定的投切電流與回差電流之和，如果是則控制第一開關(guān)和第二開關(guān)處于連通狀態(tài)，選取第二濾波電路；否則進(jìn)入步驟2-3 ；
[0014]步驟2-3:進(jìn)一步判斷當(dāng)前輸出電流是否小于設(shè)定的投切電流與回差電流之差，如果是則控制第一開關(guān)和第二開關(guān)處于斷開狀態(tài)，選取第一濾波電路；否則返回步驟I。
[0015]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，上述并網(wǎng)逆變器的輸出濾波方法中，所述投切電流設(shè)置為并網(wǎng)逆變器的額定電流的20%，所述回差電流設(shè)置為并網(wǎng)逆變器的額定電流的2%。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明并網(wǎng)逆變器采用第一濾波電路和第二濾波電路進(jìn)行組合濾波，且濾波電路中僅采用了兩個(gè)開關(guān)器件，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用四個(gè)開關(guān)器件的并網(wǎng)逆變器，節(jié)省了兩個(gè)開關(guān)器件的使用，減少了開關(guān)器件的使用數(shù)量，降低了成本。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用本發(fā)明并網(wǎng)逆變器進(jìn)行輸出濾波，在減少開關(guān)器件使用數(shù)量的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的輸出濾波，減小輸出電流較小時(shí)的輸出諧波，增大輸出電流較小時(shí)的轉(zhuǎn)換效率，不會(huì)出現(xiàn)其他切換方式帶來(lái)的輸出阻抗的多次變化情況，降低切換對(duì)電網(wǎng)造成的擾動(dòng)。此外，本發(fā)明濾波方法中的切換過(guò)程簡(jiǎn)單，投入切出原則是不需要根據(jù)輸出功率大小而確定，在輸出較小電壓電流時(shí)電感參數(shù)不需額定選取，降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0017]圖1為本發(fā)明并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2為本發(fā)明并網(wǎng)逆變器的輸出濾波方法流程圖。
[0019]圖3為常規(guī)濾波與組合濾波效率對(duì)比圖。
[0020]圖4為常規(guī)濾波與組合濾波諧波對(duì)比圖。
[0021]圖中標(biāo)記:1-電池板，2-直流濾波器，3-三相逆變橋，4-數(shù)據(jù)采集器，5-控制器，6-交流輸出濾波單元。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0023]參考圖1，本實(shí)施例列舉的并網(wǎng)逆變器包括電池板1，電池板連接直流濾波器2，本實(shí)施例中直流濾波器2為一濾波電容。直流濾波器2連接三相逆變橋3的輸入端，三相逆變橋3的輸出端連接交流輸出濾波單元6的輸入端,交流輸出濾波單元6的輸出端接入電網(wǎng)。交流輸出濾波單元6的輸入端還連接有數(shù)據(jù)采集器4，交流輸出濾波單元6與數(shù)據(jù)采集器4之間設(shè)有控制器5。數(shù)據(jù)采集器4對(duì)三相逆變橋3的輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)信息反饋至控制器5，控制器5根據(jù)反饋信息控制交流輸出濾波單元6中的開關(guān)K1、K2的通斷。
[0024]交流輸出濾波單元6包括一個(gè)LC或LCL濾波器，本實(shí)施例中選取LC濾波器，如圖1中所示的電感L1、電容Cl、開關(guān)K1、開關(guān)K2，電感LI串聯(lián)開關(guān)K1，電容Cl串聯(lián)開關(guān)K2。LC濾波器的電感支路LI串聯(lián)電感L2，LC濾波器的電容支路Cl并聯(lián)電容C2，LC濾波器、電感L2、電容C2組成交流濾波電路。當(dāng)開關(guān)Kl和開關(guān)K2均斷開時(shí)，電感L1、電感L2和電容Cl組成第一濾波電路，當(dāng)開關(guān)Kl和開關(guān)K2均連通時(shí)，電感L1、電容Cl和電容C2組成第二濾波電路。在小輸出電流比率時(shí)采用第一濾波電路進(jìn)行輸出濾波，即開關(guān)Kl和開關(guān)K2均斷開。在較大輸出電流比率時(shí)采用第二濾波電路進(jìn)行輸出濾波，即開關(guān)Kl和開關(guān)K2均連通。輸出電流比率是指按照額定100%的比率來(lái)表征并網(wǎng)逆變器的電流輸出能力，此處的小輸出電流比率即是指輸出電流小于額定電流的20%，此處的較大輸出電流比率即是指輸出電流大于額定電流的20%。電感LI的參數(shù)根據(jù)并網(wǎng)逆變器的輸出額定電流確定，電感L2的參數(shù)按照并網(wǎng)逆變器的額定電流20%設(shè)計(jì)。
[0025]需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例列舉的并網(wǎng)逆變器中的交流輸出濾波單元6中僅包含一個(gè)交流濾波電路，一個(gè)交流濾波電路包括兩種方式的濾波電路(第一濾波電路和第二濾波電路)，分別實(shí)現(xiàn)在并網(wǎng)逆變器額定電流的20%以內(nèi)達(dá)到一種濾波效果，在并網(wǎng)逆變器額定電流的20%以上達(dá)到一種濾波效果。根據(jù)并網(wǎng)逆變器的濾波需求，一個(gè)交流濾波電路中的電感支路中可串聯(lián)多個(gè)電感、電容支路中可并聯(lián)多個(gè)電容、同時(shí)增設(shè)開關(guān)器件，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)交流濾波電路包含多種方式的濾波電路，實(shí)現(xiàn)多級(jí)濾波。也可以通過(guò)在交流輸出濾波單元6中設(shè)置多個(gè)交流濾波電路，實(shí)現(xiàn)多種方式濾波。例如，要求并網(wǎng)逆變器分別在額定電流的10%以內(nèi)達(dá)到一種濾波效果，在額定電流的20%以內(nèi)達(dá)到一種濾波效果，在額定電流的20%以上達(dá)到一種濾波效果，那么就可在交流輸出濾波單元6中設(shè)置兩個(gè)交流濾波電路，其中一個(gè)交流濾波電路實(shí)現(xiàn)兩組(10%以內(nèi)和20%以內(nèi))濾波效果，另一個(gè)交流濾波電路實(shí)現(xiàn)第三組(20%以上)濾波效果。
[0026]圖2是由控制器5執(zhí)行的輸出濾波方法的流程圖。設(shè)置啟動(dòng)狀態(tài)字Startflag和投切組合濾波電路狀態(tài)字Kflag。Startflag=O表示并網(wǎng)逆變器處于斷開并網(wǎng)狀態(tài)，Startflag=I表示并網(wǎng)逆變器處于并網(wǎng)輸出狀態(tài)。Kflag=O表示投入第一濾波電路(SPL1+L2、C1)狀態(tài)，Kflag=I表示投入第二濾波電路(即L1、C1+C2)狀態(tài)。Il為系統(tǒng)設(shè)定的投切電流(即電流投切點(diǎn))，Λ I為系統(tǒng)設(shè)定的回差電流。
[0027]如圖2所示，在并網(wǎng)逆變器開始運(yùn)行后，執(zhí)行以下步驟:
[0028]步驟BOl:對(duì)狀態(tài)字進(jìn)行初始化，斷開Κ1、Κ2，Startflag=O, Kflag=O0
[0029]步驟Β02:進(jìn)行輸出要求檢測(cè)，判斷輸出準(zhǔn)備是否完成，即判斷電網(wǎng)電壓、頻率、幅值、相位是否符合設(shè)定并網(wǎng)要求，且PV陣列電壓達(dá)到逆變器的最小啟動(dòng)電壓，如果不滿足條件則進(jìn)入步驟Β03，如果滿足條件則跳轉(zhuǎn)到步驟Β05。
[0030]步驟Β03:斷開輸出過(guò)程并清除相應(yīng)的標(biāo)志，即斷開Κ1、Κ2，設(shè)置狀態(tài)字Startflag=O, Kflag=O0
[0031]步驟Β05:檢測(cè)Startflag是否為0，即判斷并網(wǎng)逆變器是否處于斷開并網(wǎng)狀態(tài)，如果不是則直接跳轉(zhuǎn)到步驟Β08執(zhí)行，如果Startflag=O,即并網(wǎng)逆變器處于斷開并網(wǎng)狀態(tài)，則進(jìn)入步驟Β06。
[0032]步驟Β06:進(jìn)行輸出預(yù)處理，即投入并網(wǎng)開關(guān)(即開關(guān)Κ1、Κ2)，使能驅(qū)動(dòng)輸出，然后進(jìn)入步驟Β07。
[0033]步驟Β07:將狀態(tài)字Startflag置1，然后進(jìn)入步驟Β08。
[0034]步驟Β08:根據(jù)數(shù)據(jù)采集器采集的三相逆變橋輸出的三相電流la、lb、Ic，判斷輸出三相電流la、lb、Ic的大小，選取最大電流(避免輸出電流不平衡問(wèn)題)作為當(dāng)前輸出電流I，即I=max (la, lb, Ic),然后進(jìn)入步驟B09。
[0035]步驟B09:判斷當(dāng)前輸出電流I是否大于設(shè)定的投切電流II，且當(dāng)前輸出電流I與設(shè)定的投切電流Il的差值超過(guò)設(shè)定的回差電流值λ I，如果超過(guò)則進(jìn)入步驟B10，否則進(jìn)入步驟Β13。
[0036]步驟BlO:判斷是否kflag=l，即判斷是否處于第二濾波電路工作狀態(tài)，如果kflag=l，則表明已經(jīng)進(jìn)行過(guò)K1、K2的投切過(guò)程，即是說(shuō)開關(guān)Kl、Κ2已經(jīng)從斷開狀態(tài)切換為連通狀態(tài)，那么直接返回步驟Β02，重新下一次判斷準(zhǔn)備。如果Kflag=O則進(jìn)入步驟Β11。
[0037]步驟Bll:閉合Κ1、Κ2，使Κ1、Κ2從斷開狀態(tài)切換為連通狀態(tài)，然后進(jìn)入步驟Β12。
[0038]步驟Β12:將Kflag置為1，返回步驟Β02，重新下一次判斷準(zhǔn)備。
[0039]步驟Β13:判斷當(dāng)前輸出電流I是否小于設(shè)定的投切電流II，且當(dāng)前輸出電流I與設(shè)定的投切電流Il的差值超過(guò)設(shè)定的回差電流△ I，如果不是則直接返回步驟Β02，如果是則進(jìn)入步驟Β14。
[0040]步驟Β14:判定是否Kflag=O,如果是則表明已經(jīng)進(jìn)行過(guò)Κ1、Κ2的斷開過(guò)程，當(dāng)前Κ1、Κ2處于斷開狀態(tài)，那么直接返回步驟Β02，重新下一次判斷準(zhǔn)備。如果Kflag=I,則執(zhí)行步驟Β15。
[0041]步驟Β15:斷開Κ1、Κ2，然后進(jìn)入步驟Β16。
[0042]步驟Β16:將Kflag置為0，最后返回步驟Β02，重新下一次判斷準(zhǔn)備。
[0043]設(shè)定的投切電流點(diǎn)Il應(yīng)與實(shí)際系統(tǒng)額定輸出能力相關(guān)，投切電流點(diǎn)Il可設(shè)定為額定輸出電流的20%，回差電流Λ I可設(shè)定為額定電流的2%。
[0044]根據(jù)上述流程，控制器5根據(jù)三相逆變橋的實(shí)時(shí)輸出電流進(jìn)行開關(guān)Κ1、Κ2的通斷狀態(tài)控制，進(jìn)而選取相應(yīng)的濾波電路，對(duì)并網(wǎng)逆變器的輸出進(jìn)行濾波。
[0045]以下經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比說(shuō)明本發(fā)明并網(wǎng)逆變器的實(shí)際濾波效果。在對(duì)比試驗(yàn)中，并網(wǎng)逆變器的額定電流為1068Α，設(shè)定投切電流為214Α，回差電流為21Α，將常規(guī)濾波效果(單個(gè)LC或LCL濾波方式)與組合濾波效果的轉(zhuǎn)換效率和輸出諧波進(jìn)行綜合對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如表I所示。
[0046]表1
【權(quán)利要求】
1.一種并網(wǎng)逆變器，包括交流輸出濾波單元和數(shù)據(jù)采集器，所述交流輸出濾波單元和數(shù)據(jù)采集器之間設(shè)置有控制器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集器用于采集三相逆變橋的輸出電流，并將采集的電流數(shù)據(jù)輸出至控制器；所述交流輸出濾波單元中包括至少一個(gè)LC濾波器或LCL濾波器，每個(gè)LC濾波器或LCL濾波器的電感支路串聯(lián)至少一個(gè)第二電感，LC濾波器的電容支路并聯(lián)至少一個(gè)第二電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述輸出濾波單元包括一個(gè)LC濾波器，所述LC濾波器的第一電感串聯(lián)第一開關(guān)和一個(gè)第二電感,LC濾波器的第一電容串聯(lián)第二開關(guān)，第一電容并聯(lián)一個(gè)第二電容；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)和第二開關(guān)均斷開時(shí)，第一電感、第二電感和第一電容組成第一濾波電路；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)和第二開關(guān)均連通時(shí)，第一電感、第一電容和第二電容組成第二濾波電路；所述控制器通過(guò)控制第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)斷開或連通進(jìn)行第一濾波電路與第二濾波電路之間的切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集器采集的三相逆變橋的輸出電流控制第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)斷開或連通。
4.應(yīng)用權(quán)利要求2的并網(wǎng)逆變器進(jìn)行輸出濾波的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集三相逆變橋的輸出電流； 步驟2:控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集器采集的三相逆變橋的輸出電流控制交流輸出濾波單元中的第一開關(guān)和第二開關(guān)同時(shí)斷開或連通，進(jìn)行第一濾波電路與第二濾波電路之間的切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所述步驟2包括: 步驟2-1:選取三相逆變橋輸出的三個(gè)電流中電流值最大的一個(gè)電流作為三相逆變橋的當(dāng)前輸出電流； 步驟2-2:判斷當(dāng)前輸出電流是否大于設(shè)定的投切電流與回差電流之和，如果是則控制第一開關(guān)和第二開關(guān)處于連通狀態(tài)，選取第二濾波電路；否則進(jìn)入步驟2-3 ； 步驟2-3:進(jìn)一步判斷當(dāng)前輸出電流是否小于設(shè)定的投切電流與回差電流之差，如果是則控制第一開關(guān)和第二開關(guān)處于斷開狀態(tài)，選取第一濾波電路；否則返回步驟I。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述投切電流設(shè)置為并網(wǎng)逆變器的額定電流的20%，所述回差電流設(shè)置為并網(wǎng)逆變器的額定電流的2%。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103683999SQ201310746789
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】康智斌, 陳曉法, 陳超 申請(qǐng)人:四川英杰電氣股份有限公司