一種多能源輸入電力變換器控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了電力變換領(lǐng)域內(nèi)的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，包括主電路和控制電路，所述主電路包括由雙輸入端至輸出端依次設(shè)置的升壓電路、雙有源橋直流直流變換器以及穩(wěn)壓電容，所述控制電路包括輸出端連接在數(shù)字信號處理器上的蓄電池電壓采樣電路、蓄電池電流采樣電路、光伏電池電壓采樣電路、光伏電池電流采樣電路、全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路、全橋逆變器電流采樣電路、輸出電壓采樣電路以及輸出電流采樣電路，所述數(shù)字信號處理器的信號輸出端連接有十路功率管驅(qū)動電路，本發(fā)明動態(tài)補償高頻變壓器原邊伏秒值消除偏磁，通過調(diào)節(jié)原邊逆變器和副邊整流器的移相角，實現(xiàn)輸出穩(wěn)壓和功率潮流控制，可用于光伏發(fā)電中。
【專利說明】—種多能源輸入電力變換器控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力變換器，特別涉及一種用于光伏發(fā)電用電力變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池的最大功率輸出直接受光照強度影響，以光伏為輸入能源的電力變換裝置在負載波動時將偏離光伏的最佳工作點，從而導(dǎo)致光伏能源的浪費或失負載的情況。集成有儲能裝置的多輸入變換器，可以在保證光伏電池處于最佳工作點的同時，利用儲能裝置保證負載需求。處于安全考慮，光伏發(fā)電用中大功率變換器一般采用電磁隔離的方案，交流側(cè)接有變壓器。實際運行中，多種因素使得變壓器原邊伏秒勵磁不平衡，引起變壓器鐵心磁化曲線不再關(guān)于原點對稱，伏秒勵磁偏差的累積將會導(dǎo)致磁芯進一步飽和，造成單方向磁化電流劇增，損耗增大，會導(dǎo)致開關(guān)管損壞。移相PWM多用模擬電路配合DSP以及FPGA實現(xiàn)，這些方法存在實現(xiàn)復(fù)雜、控制精度有限和控制功能單一等缺點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是針對光伏最大功率輸出受光照強度影響的問題，提供一種多能源輸入電力變換器控制裝置，實現(xiàn)多能源協(xié)同發(fā)電，提出主動式偏磁抑制方法，并且實現(xiàn)輸出穩(wěn)壓和功率潮流控制。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種多能源輸入電力變換器控制裝置，包括主電路和控制電路；
所述主電路包括由雙輸入端至輸出端依次設(shè)置的升壓電路、雙有源橋直流直流變換器以及穩(wěn)壓電容C3，主電路的雙輸入端分別為光伏電池端Vs-G1和蓄電池端Vb-G2,主電路電極點P和電極點G之間串接二極管Dl和第二 MOS管S2，二極管Dl和MOS管S2之間的電極點B與光伏電池輸入正極Vs之間串接有電感LI和保護二極管Db，電感LI和保護二極管Db之間的電極點A與蓄電池輸入正極Vb之間串接有濾波電容Cl，所述電極點A與光伏電池輸入負極G1之間串接有濾波電容C2，光伏電池輸入負極G1與蓄電池輸入負極G2之間串接有MOS管SI，所述升壓電路由電感L1、二極管Dl以及MOS管S2組成，所述雙有源橋直流直流變換器的原邊包括第三MOS管S3、第四MOS管S4、第五MOS管S5以及第六MOS管S6，所述第三MOS管S3與主電路電極點Q相連，雙有源橋直流直流變換器的副邊包括第七IGBT管S7、第八IGBT管S8、第九IGBT管S9以及第十IGBT管S10，所述穩(wěn)壓電容C3串接在主電路電極點M和電極點N之間；
所述控制電路包括輸出端連接在數(shù)字信號處理器上的蓄電池電壓采樣電路、蓄電池電流采樣電路、光伏電池電壓采樣電路、光伏電池電流采樣電路、全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路、全橋逆變器電流采樣電路、輸出電壓采樣電路以及輸出電流采樣電路，所述數(shù)字信號處理器的信號輸出端連接有第一 MOS管驅(qū)動電路、第二 MOS管驅(qū)動電路、第三MOS管驅(qū)動電路、第四MOS管驅(qū)動電路、第五MOS管驅(qū)動電路、第六MOS管驅(qū)動電路、第七IGBT管驅(qū)動電路、第八IGBT管驅(qū)動電路、第九IGBT管驅(qū)動電路、第十IGBT管驅(qū)動電路。[0005]作為本發(fā)明的進一步限定，所述蓄電池電壓采樣電路的輸入端連接在主電路蓄電池輸入正極Vb上，蓄電池電壓采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號由分壓電路分壓后經(jīng)濾波電容濾波，再送給電壓跟隨器U1A，再經(jīng)由二極管Dl和二極管D2組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器；所述光伏電池電壓采樣電路與蓄電池電壓采樣電路相同。
[0006]作為本發(fā)明的進一步限定，所述蓄電池電流采樣電路的輸入端串接在主電路蓄電池輸入正極Vb與蓄電池之間，所述蓄電池電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U3采樣后發(fā)送給濾波電路，采樣信號濾波后送給電流跟隨器U2A,再經(jīng)由二極管D3、二極管D4組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
[0007]作為本發(fā)明的進一步限定，所述光伏電池電流采樣電路的輸入端串接在主電路光伏電池輸入正極Vs與光伏電池之間，所述光伏電池電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U5采樣后發(fā)送給濾波電路，采樣信號濾波后依次經(jīng)過電流跟隨器U5B、減法器U5A、放大器U5C，再經(jīng)二極管D5、二極管D6組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器；所述輸出電流采樣電路與光伏電池電流采樣電路相同。
[0008]作為本發(fā)明的進一步限定，所述全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路的輸入端連接在全橋逆變器中點上，所述全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號經(jīng)分壓電路分壓后由濾波電路濾波，再發(fā)送給電壓跟隨器U6A，再由二極管D7和二極管D8組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
[0009]作為本發(fā)明的進一步限定，全橋逆變器電流采樣電路的輸入端連接在主電路電極點P和電極點Q上，全橋逆變器電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U7采樣后進行濾波，濾波后的信號經(jīng)電流跟隨器U8A以及輪廓探測電路，再由二極管D9和二極管DlO組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
[0010]作為本發(fā)明的進一步限定，所所述輸出電壓采樣電路的輸入端連接在主電路電極點M和電極點N上，所述輸出電壓采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號經(jīng)采樣電阻R21轉(zhuǎn)化為額定值為25mA的電流，經(jīng)霍爾電壓變送器U9變換后將其放大，經(jīng)低壓側(cè)采樣電阻R23轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓，再經(jīng)電阻R22電容ClO組成的低通濾波器和二極管D12、D13組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
[0011]作為本發(fā)明的進一步限定，所述數(shù)字信號處理器采用dsPIC33FJ64GS606芯片。
[0012]本發(fā)明在實現(xiàn)主動偏磁抑制時，通過全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路將全橋逆變器兩中點C和D的電壓平均值采樣后發(fā)送給數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器將采樣后的兩路電壓值進行零誤差PI調(diào)節(jié)放大生成原邊占空比的增量，加上0.5標(biāo)么值后作為原邊全橋逆變器的占空比輸出，從而實現(xiàn)主動偏磁抑制；同時，通過采用電壓外環(huán)和峰值電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)模式，雙閉環(huán)輸出為全橋整流器方波調(diào)制信號移相角，移相角范圍設(shè)為-90°、0°，通過調(diào)節(jié)移相角控制輸出電壓和功率潮流方向，雙向可傳遞功率大小可以經(jīng)由電壓外環(huán)輸出值限幅進行控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)原邊逆變器的逆變方波占空比，動態(tài)補償高頻變壓器原邊伏秒值消除偏磁，同時，通過副邊輸出電壓采樣和原邊電流采樣，調(diào)節(jié)原邊逆變器和副邊整流器的移相角，實現(xiàn)輸出穩(wěn)壓和功率潮流控制。本發(fā)明可用于光伏發(fā)電中。【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明主電路原理圖。
[0014]圖2為本發(fā)明控制電路模塊圖。
[0015]圖3為本發(fā)明中蓄電池電壓采樣電路原理圖。
[0016]圖4為本發(fā)明中蓄電池電流采樣電路原理圖。
[0017]圖5為本發(fā)明中光伏電池電流采樣電路原理圖。
[0018]圖6為本發(fā)明中全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路原理圖。
[0019]圖7為本發(fā)明中全橋逆變器電流采樣電路原理圖。
[0020]圖8為本發(fā)明中輸出電壓采樣電路原理圖。
[0021]圖9為本發(fā)明中偏磁控制邏輯原理圖。
[0022]圖10為本發(fā)明中雙環(huán)控制邏輯原理圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖1-8所示的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，包括主電路和控制電路； 所述主電路包括由雙輸入端至輸出端依次設(shè)置的升壓電路、雙有源橋直流直流變換器
以及穩(wěn)壓電容C3，主電路的雙輸入端分別為光伏電池端Vs-G1和蓄電池端Vb-G2,主電路電極點P和電極點G之間串接二極管Dl和第二 MOS管S2，二極管Dl和MOS管S2之間的電極點B與光伏電池輸入正極Vs之間串接有電感LI和保護二極管Db，電感LI和保護二極管Db之間的電極點A與蓄電池輸入正極Vb之間串接有濾波電容Cl，所述電極點A與光伏電池輸入負極G1之間串接有濾波電容C2，光伏電池輸入負極G1與蓄電池輸入負極G2之間串接有MOS管SI，所述升壓電路由電感L1、二極管Dl以及MOS管S2組成，所述雙有源橋直流直流變換器的原邊包括第三MOS管S3、第四MOS管S4、第五MOS管S5以及第六MOS管S6，所述第三MOS管S3與主電路電極點Q相連，雙有源橋直流直流變換器的副邊包括第七IGBT管S7、第八IGBT管S8、第九IGBT管S9以及第十IGBT管S10，所述穩(wěn)壓電容C3串接在主電路電極點M和電極點N之間，所述數(shù)字信號處理器采用dsPIC33FJ64GS606芯片；
所述控制電路包括輸出端連接在數(shù)字信號處理器上的蓄電池電壓采樣電路、蓄電池電流采樣電路、光伏電池電壓采樣電路、光伏電池電流采樣電路、全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路、全橋逆變器電流采樣電路、輸出電壓采樣電路以及輸出電流采樣電路，所述數(shù)字信號處理器的信號輸出端連接有第一 MOS管驅(qū)動電路、第二 MOS管驅(qū)動電路、第三MOS管驅(qū)動電路、第四MOS管驅(qū)動電路、第五MOS管驅(qū)動電路、第六MOS管驅(qū)動電路、第七IGBT管驅(qū)動電路、第八IGBT管驅(qū)動電路、第九IGBT管驅(qū)動電路、第十IGBT管驅(qū)動電路。
[0024]所述蓄電池電壓采樣電路的輸入端連接在主電路蓄電池輸入正極Vb上，蓄電池電壓采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號由分壓電路分壓后經(jīng)濾波電容濾波，再送給電壓跟隨器U1A，再經(jīng)由二極管Dl和二極管D2組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器；所述光伏電池電壓采樣電路與蓄電池電壓采樣電路相同。
[0025]所述蓄電池電流采樣電路的輸入端串接在主電路蓄電池輸入正極Vb與蓄電池之間，所述蓄電池電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U3采樣后發(fā)送給濾波電路，采樣信號濾波后送給電流跟隨器U2A，再經(jīng)由二極管D3、二極管D4組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。[0026]所述光伏電池電流米樣電路的輸入端串接在主電路光伏電池輸入正極Vs與光伏電池之間，所述光伏電池電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U5采樣后發(fā)送給濾波電路，采樣信號濾波后依次經(jīng)過電流跟隨器U5B、減法器U5A、放大器U5C，再經(jīng)二極管D5、二極管D6組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器；所述輸出電流采樣電路與光伏電池電流采樣電路相同。
[0027]所述全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路的輸入端連接在全橋逆變器中點上，所述全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號經(jīng)分壓電路分壓后由濾波電路濾波，再發(fā)送給電壓跟隨器U6A，再由二極管D7和二極管D8組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
[0028]全橋逆變器電流采樣電路的輸入端連接在主電路電極點P和電極點Q上，全橋逆變器電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U7采樣后進行濾波，濾波后的信號經(jīng)電流跟隨器U8A以及輪廓探測電路，再由二極管D9和二極管DlO組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
[0029]所述輸出電壓采樣電路的輸入端連接在主電路電極點M和電極點N上，所述輸出電壓采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號經(jīng)采樣電阻R21轉(zhuǎn)化為額定值為25mA的電流，經(jīng)霍爾電壓變送器U9變換后將其放大0.4倍，經(jīng)低壓側(cè)采樣電阻R23轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓，再經(jīng)電阻R22電容ClO組成的低通濾波器和二極管D12、D13組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
[0030]偏磁控制原理:如圖9所示，通過全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路將全橋逆變器兩中點C和D的電壓采樣并濾波得平均值后發(fā)送給數(shù)字信號處理器，信號經(jīng)過數(shù)字信號處理器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，經(jīng)過相減運算得到圖9中的e，參考值O減去e后的結(jié)果通過控制器C，輸出即為權(quán)利要求8中原邊逆變橋占空比的增量Ad。圖中C為PI控制器，G為逆變器，H代表圖6中采樣電路、AD轉(zhuǎn)換及數(shù)字量相減的操作。
[0031]雙環(huán)控制原理:如圖10所不，Cv為電壓控制器，Ci為電流控制器，Gvp為控制移相角到輸出電壓Vw的傳遞函數(shù)，Gip為控制移相角到輸入電流Ipq的傳遞函數(shù)，Hi為全橋逆變器電流采樣電路的傳遞函數(shù)，Hv為輸出電壓采樣電路的傳遞函數(shù)。在輸出電壓Vw控制時，Cv的輸出移相角在O?90°之間。如果由于輸出端口后級有能量反饋，則Cv之前的電壓誤差為負，輸出移相角自動移至-90?0°之間，功率潮流方向變?yōu)樨撦d向電池充電。
[0032]本發(fā)明并不局限于上述實施例，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，包括主電路和控制電路； 所述主電路包括由雙輸入端至輸出端依次設(shè)置的升壓電路、雙有源橋直流直流變換器以及穩(wěn)壓電容C3，主電路的雙輸入端分別為光伏電池端Vs-G1和蓄電池端Vb-G2,主電路電極點P和電極點G之間串接二極管Dl和第二 MOS管S2，二極管Dl和MOS管S2之間的電極點B與光伏電池輸入正極Vs之間串接有電感LI和保護二極管Db，電感LI和保護二極管Db之間的電極點A與蓄電池輸入正極Vb之間串接有濾波電容Cl，所述電極點A與光伏電池輸入負極G1之間串接有濾波電容C2，光伏電池輸入負極G1與蓄電池輸入負極G2之間串接有MOS管SI，所述升壓電路由電感L1、二極管Dl以及MOS管S2組成，所述雙有源橋直流直流變換器的原邊包括第三MOS管S3、第四MOS管S4、第五MOS管S5以及第六MOS管S6，所述第三MOS管S3與主電路電極點Q相連，雙有源橋直流直流變換器的副邊包括第七IGBT管S7、第八IGBT管S8、第九IGBT管S9以及第十IGBT管S10，所述穩(wěn)壓電容C3串接在主電路電極點M和電極點N之間； 所述控制電路包括輸出端連接在數(shù)字信號處理器上的蓄電池電壓采樣電路、蓄電池電流采樣電路、光伏電池電壓采樣電路、光伏電池電流采樣電路、全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路、全橋逆變器電流采樣電路、輸出電壓采樣電路以及輸出電流采樣電路，所述數(shù)字信號處理器的信號輸出端連接有第一 MOS管驅(qū)動電路、第二 MOS管驅(qū)動電路、第三MOS管驅(qū)動電路、第四MOS管驅(qū)動電路、第五MOS管驅(qū)動電路、第六MOS管驅(qū)動電路、第七IGBT管驅(qū)動電路、第八IGBT管驅(qū)動電路、第九IGBT管驅(qū)動電路、第十IGBT管驅(qū)動電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，所述蓄電池電壓米樣電路的輸入端連接在主電路蓄電池輸入正極\上，蓄電池電壓米樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號由分壓電路分壓后經(jīng)濾波電容濾波，再送給電壓跟隨器U1A，再經(jīng)由 二極管Dl和二極管D2組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器；所述光伏電池電壓采樣電路與蓄電池電壓采樣電路相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，所述蓄電池電流采樣電路的輸入端串接在主電路蓄電池輸入正極Vb與蓄電池之間，所述蓄電池電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U3采樣后發(fā)送給濾波電路，采樣信號濾波后送給電流跟隨器U2A，再經(jīng)由二極管D3、二極管D4組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，所述光伏電池電流米樣電路的輸入端串接在主電路光伏電池輸入正極Vs與光伏電池之間,所述光伏電池電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U5采樣后發(fā)送給濾波電路，采樣信號濾波后依次經(jīng)過電流跟隨器U5B、減法器U5A、放大器U5C，再經(jīng)二極管D5、二極管D6組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器；所述輸出電流采樣電路與光伏電池電流采樣電路相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，所述全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路的輸入端連接在全橋逆變器中點上，所述全橋逆變器橋臂中點電壓采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號經(jīng)分壓電路分壓后由濾波電路濾波，再發(fā)送給電壓跟隨器U6A，再由二極管D7和二極管D8組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，全橋逆變器電流采樣電路的輸入端連接在主電路電極點P和電極點Q上，全橋逆變器電流采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電流信號經(jīng)電流傳感器U7采樣后進行濾波，濾波后的信號經(jīng)電流跟隨器U8A以及輪廓探測電路，再由二極管D9和二極管DlO組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，所述輸出電壓采樣電路的輸入端連接在主電路電極點M和電極點N上，所述輸出電壓采樣電路的輸出端連接在數(shù)字信號處理器上，電壓信號經(jīng)采樣電阻R21轉(zhuǎn)化為額定值為25mA的電流，經(jīng)霍爾電壓變送器U9變換后將其放大，經(jīng)低壓側(cè)采樣電阻R23轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓，再經(jīng)電阻R22電容ClO組成的低通濾波器和二極管D12、D13組成的限壓器輸出給數(shù)字信號處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 -7中任一項所述的一種多能源輸入電力變換器控制裝置，其特征在于，所述數(shù)字信號處理器采用dsPIC33FJ64GS606芯片。
【文檔編號】H02M3/335GK103904902SQ201410137569
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】蔣偉, 于方艷, 楊鵬 申請人:揚州大學(xué)