專利名稱：一種雙級(jí)雙向變流器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙級(jí)雙向變流器及其控制方法，屬于輸變電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著一些非線性和時(shí)變性電子裝置等大規(guī)模的應(yīng)用，使得電網(wǎng)中電流含有大量的諧波和無(wú)功分量，導(dǎo)致電流波形嚴(yán)重畸變，給電能的生產(chǎn)和傳輸帶來(lái)危害，也影響電子設(shè)備的使用。蓄電池在充電初期及后期都存在充電電流過(guò)大或過(guò)小的問(wèn)題，如果電流紋波過(guò)大則會(huì)對(duì)某些電流紋波敏感型蓄電池產(chǎn)生危害。當(dāng)蓄電池放電 時(shí)，變流器工作在放電模式，電路中電感的充放電作用必然造成蓄電池輸出電流紋波的產(chǎn)生。目前雙向變流器存在著系統(tǒng)的靈活性差及可配置性差的缺點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償，傳統(tǒng)的方法都會(huì)專門給系統(tǒng)配置一個(gè)諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償裝置，這無(wú)疑增加了系統(tǒng)成本，可集成度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)需增加額外的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償裝置裝置即可實(shí)現(xiàn)濾除諧波、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功與電壓波動(dòng)、抑制諧振、提高功率因數(shù)的雙級(jí)雙向變流器。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種雙級(jí)雙向變流器包括直流斷路器、直流濾波器、DC/DC變換器、DC/AC變換器、交流濾波器、交流接觸器I、交流接觸器II、隔離變壓器、交流斷路器、DC/DC PWM驅(qū)動(dòng)電路、DC/AC PWM驅(qū)動(dòng)電路、控制板和人機(jī)界面；其中，所述直流濾波器的輸入端經(jīng)由直流斷路器與蓄電池組連接；所述DC/DC變換器的低壓端與直流濾波器的輸出端相連，高壓端與DC/AC變換器的低壓端相連；所述交流濾波器的輸入端與DC/AC變換器的高壓端相連，輸出端分別與相互并聯(lián)的交流接觸器I和交流接觸器II相連；所述隔離變壓器的低壓端分別與交流接觸器I、交流接觸器II的輸出端相連，高壓端與交流斷路器相連后，經(jīng)由交流母線與電網(wǎng)連接；所述控制板包括DC/DC控制板與DC/AC控制板，DC/DC控制板與DC/DC PWM驅(qū)動(dòng)電路相連；DC/AC控制板與DC/AC PWM驅(qū)動(dòng)電路相連；該控制板通過(guò)CAN總線與人機(jī)界面連接。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)直流-直流、直流-交流兩級(jí)變換，較大程度的管理電能的分配，本發(fā)明還提供一種雙級(jí)雙向變流器的控制方法，包括以下方法步驟一、啟動(dòng)雙級(jí)雙向變流器，通過(guò)人機(jī)界面設(shè)置基本參數(shù)，所述基本參數(shù)包括蓄電池的充放電電流最大允許值、充放電電壓的上下限、通訊方式及濾波方式；步驟二、選擇雙向變流器的工作模式，所述工作模式包括蓄電池組充電模式和蓄電池組放電模式；系統(tǒng)采樣，進(jìn)行通道自檢，若無(wú)故障，則先閉合交流接觸器II，再判斷電網(wǎng)電壓是否連接正常，若連接正常則閉合交流接觸器I ;
步驟三、啟動(dòng)DC/AC變換器的PWM脈沖調(diào)制程序，實(shí)時(shí)檢測(cè)DC/AC變換器的直流母線側(cè)電壓，判斷DC/AC變換器的直流母線側(cè)電壓是否大于等于620V，同時(shí)判斷蓄電池組端電壓是否大于等于25V，若是，則直流斷路器閉合，啟動(dòng)DC/DC變換器的PWM脈沖調(diào)制程序，實(shí)現(xiàn)蓄電池組進(jìn)行充電或放電；若不是，則直流斷路器處于斷開(kāi)狀態(tài)；步驟四、實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池組的電流和電壓，當(dāng)蓄電池組充滿或者放電完畢即達(dá)到充放電上下限值，雙向變流器結(jié)束工作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明設(shè)有人機(jī)界面接口，可以靈活的設(shè)定工作模式和工作參數(shù)，使充放電過(guò)程較好的模擬最佳充放電曲線；同時(shí)在人機(jī)界面上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變流器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，很直觀的了解到變流器的運(yùn)行狀態(tài)；2)本發(fā)明的DC/AC變換器的控制采用諧波檢測(cè)模塊，可以檢測(cè)出諧波電流和無(wú)功電流，具有濾波和功率因數(shù)可調(diào)的功能；3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)兩級(jí)變換即DC/AC變換器與DC/DC變換器的
獨(dú)立控制，整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，互不干擾，為系統(tǒng)的故障診斷與檢查提供了方便。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述；


圖I為本發(fā)明雙級(jí)雙向變流器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明中DC/AC變換器的控制框圖；圖3為本發(fā)明中DC/DC變換器的控制框圖；圖4為本發(fā)明雙級(jí)雙向變流器控制方法流程具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明一種雙級(jí)雙向變流器，包括直流斷路器I、直流濾波器2、DC/DC變換器3、DC/AC變換器4、交流濾波器5、交流接觸器I 6、交流接觸器II 7、隔離變壓器8、交流斷路器9、DC/DC PWM驅(qū)動(dòng)電路12、DC/AC PWM驅(qū)動(dòng)電路13、控制板10和人機(jī)界面11 ；其中，所述直流濾波器的輸入端經(jīng)由直流斷路器與蓄電池組連接；所述DC/DC變換器的低壓端與直流濾波器的輸出端相連，高壓端與DC/AC變換器的低壓端相連；所述交流濾波器的輸入端與DC/AC變換器的高壓端相連，輸出端分別與相互并聯(lián)的交流接觸器I和交流接觸器II相連；所述隔離變壓器的低壓端分別與交流接觸器I、交流接觸器II的輸出端相連，高壓端與交流斷路器相連后，經(jīng)由交流母線與電網(wǎng)連接；所述控制板包括DC/DC控制板與DC/AC控制板，DC/DC控制板與DC/DC PWM驅(qū)動(dòng)電路相連；DC/AC控制板與DC/AC PWM驅(qū)動(dòng)電路相連；該控制板通過(guò)CAN總線與人機(jī)界面連接。其中，DC/DC變換器由三個(gè)降壓式變換電路(buck)并聯(lián)而成，DC/AC變換器采取并聯(lián)型APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，是一個(gè)三相全橋電路，進(jìn)行逆變或整流工作。DC/DC控制板101與DC/AC控制板102的主控制器分別采用TI公司的32位定點(diǎn)TMS320F2812DSP與32位浮點(diǎn)高速數(shù)字處理器TMS320F28335，進(jìn)行獨(dú)立控制，互不干擾，其最高工作頻率為150MHZ，處理速度快。所述人機(jī)界面設(shè)有液晶顯示、控制按鍵、指示燈和運(yùn)行監(jiān)控顯示；所述控制按鍵包括復(fù)位、取消、菜單和設(shè)置按鍵，所述指示燈包括電源燈、運(yùn)行顯示燈、發(fā)送、接收狀態(tài)燈和故障顯示燈；通過(guò)運(yùn)行監(jiān)控顯示對(duì)蓄電池組的輸出電壓電流以及直流母線電壓電流進(jìn)行監(jiān)控顯示。本變流器設(shè)有人工手動(dòng)保護(hù)電路，強(qiáng)制性切斷主電路，使變流器處于關(guān)機(jī)狀態(tài)。本變流器設(shè)有故障檢測(cè)與報(bào)警顯示，對(duì)IGBT散熱片的溫度、PWM驅(qū)動(dòng)板的狀態(tài)、交直流斷路器以及交流接觸器的閉合狀態(tài)以及變流器工作狀態(tài)時(shí)的電壓電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若有故障，則蜂鳴器報(bào)警顯示，并且在人機(jī)界面上進(jìn)行故障數(shù)據(jù)記錄。如圖4所示，一種雙級(jí)雙向變流器的控制方法，包括以下步驟步驟一、啟動(dòng)雙級(jí)雙向變流器，通過(guò)人機(jī)界面設(shè)置基本參數(shù)，所述基本參數(shù)包括蓄電池的充放電電流最大允許值、充放電電壓的上下限、通訊方式及濾波方式；步驟二、選擇雙向變流器的工作模式，所述工作模式包括蓄電池組充電模式和蓄 電池組放電模式；系統(tǒng)采樣，進(jìn)行通道自檢，若無(wú)故障，則先閉合交流接觸器II，再判斷電網(wǎng)電壓是否連接正常，若連接正常則閉合交流接觸器I ;步驟三、啟動(dòng)DC/AC變換器的PWM脈沖調(diào)制程序，實(shí)時(shí)檢測(cè)DC/AC變換器的直流母線側(cè)電壓，判斷DC/AC變換器的直流母線側(cè)電壓是否大于等于620V，同時(shí)判斷蓄電池組端電壓是否大于等于25V，若是，則直流斷路器閉合，啟動(dòng)DC/DC變換器的PWM脈沖調(diào)制程序，實(shí)現(xiàn)蓄電池組進(jìn)行充電或放電；若不是，則直流斷路器處于斷開(kāi)狀態(tài)；其中，DC/AC變換器與DC/DC變換器獨(dú)立控制，如圖2所示，DC/AC變換器的PWM脈沖調(diào)制過(guò)程具體如下步驟A:對(duì)DC/AC變換器的直流側(cè)電壓進(jìn)行采樣，得到反饋信號(hào)Ucd ；步驟B:將電壓給定信號(hào)tC與直流側(cè)電壓反饋信號(hào)Ucd的差值送入PI調(diào)節(jié)器14進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以及限幅15，作為諧波檢測(cè)模塊16的輸入，以保證直流側(cè)電壓的穩(wěn)定；步驟C:外部電流傳感器CT采集DC/AC變換器的交流側(cè)三相電流信號(hào)ia，ib, ic送至諧波檢測(cè)模塊，該模塊將利用ip-iq法提取出諧波電流(Ιλ 乍為滯環(huán)調(diào)節(jié)器的給定與DC/AC變換器需要給出的諧波補(bǔ)償電流iM，icb, i。。進(jìn)行比較，得到的差值分別通過(guò)滯環(huán)調(diào)節(jié)器117、滯環(huán)調(diào)節(jié)器2 18、滯環(huán)調(diào)節(jié)器3 19，輸出作為SPWM產(chǎn)生電路20的調(diào)制信號(hào)，進(jìn)而控制DC/AC變換器的脈沖輸出。如圖3所示，所述DC/DC變換器的PWM脈沖調(diào)制過(guò)程具體如下步驟a、對(duì)DC/DC變換器的直流低壓側(cè)電壓、電流進(jìn)行采樣，得到反饋電壓、電流信號(hào) Ud, id ；步驟b、將電壓給定信號(hào)f/與直流側(cè)電壓反饋信號(hào)Ud進(jìn)行相減后的差值作為PID調(diào)節(jié)器I的輸入；將電流給定信號(hào)與直流側(cè)電電流反饋信號(hào)id進(jìn)行相減后的差值作為PID調(diào)節(jié)器2的輸入，分別對(duì)PID調(diào)節(jié)器I和PID調(diào)節(jié)器2的輸出進(jìn)行限幅，限幅后的值再通過(guò)EPWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)作為DC/DC PWM驅(qū)動(dòng)電路的輸入，經(jīng)過(guò)DC//DC PWM驅(qū)動(dòng)電路的電平轉(zhuǎn)換進(jìn)而控制DC/DC變換器的脈沖輸出；步驟四、實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池組的電流和電壓，當(dāng)蓄電池組充滿或者放電完畢即達(dá)到充放電上下限值，雙向變流器結(jié)束工作。在整個(gè)控制過(guò)程中，實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)各項(xiàng)保護(hù)檢測(cè)，若有故障，則進(jìn)行故障事件記錄，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警故障指示燈顯示，隨即產(chǎn)生保護(hù)關(guān)機(jī)信號(hào)，封鎖PWM脈沖輸出，關(guān)機(jī)保護(hù)；或者可以人為地手 動(dòng)切斷主電路，關(guān)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種雙級(jí)雙向變流器，其特征在于包括直流斷路器、直流濾波器、DC/DC變換器、DC/AC變換器、交流濾波器、交流接觸器I、交流接觸器II、隔離變壓器、交流斷路器、DC/DCPWM驅(qū)動(dòng)電路、DC/AC PWM驅(qū)動(dòng)電路、控制板和人機(jī)界面； 其中，所述直流濾波器的輸入端經(jīng)由直流斷路器與蓄電池組連接；所述DC/DC變換器的低壓端與直流濾波器的輸出端相連，高壓端與DC/AC變換器的低壓端相連；所述交流濾波器的輸入端與DC/AC變換器的高壓端相連，輸出端分別與相互并聯(lián)的交流接觸器I和交流接觸器II相連； 所述隔離變壓器的低壓端分別與交流接觸器I、交流接觸器II的輸出端相連，高壓端與交流斷路器相連后，經(jīng)由交流母線與電網(wǎng)連接； 所述控制板包括DC/DC控制板與DC/AC控制板，DC/DC控制板與DC/DCPWM驅(qū)動(dòng)電路相連；DC/AC控制板與DC/AC PWM驅(qū)動(dòng)電路相連；該控制板通過(guò)CAN總線與人機(jī)界面連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙級(jí)雙向變流器，其特征在于，所述DC/DC變換器由三個(gè)降壓式變換電路并聯(lián)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙級(jí)雙向變流器，其特征在于，所述人機(jī)界面設(shè)有液晶顯示、控制按鍵和指示燈；所述控制按鍵包括復(fù)位、取消、菜單和設(shè)置按鍵，所述指示燈包括電源燈、運(yùn)行顯示燈、發(fā)送、接收狀態(tài)燈和故障顯示燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的一種雙級(jí)雙向變流器，其特征在于，所述人機(jī)界面還設(shè)有故障檢測(cè)與報(bào)警顯示模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙級(jí)雙向變流器，其特征在于，所述人機(jī)界面設(shè)有運(yùn)行監(jiān)控顯示，對(duì)蓄電池組的輸出電壓電流以及直流母線電壓電流進(jìn)行監(jiān)控顯示。
6.一種權(quán)利要求I所述雙級(jí)雙向變流器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、啟動(dòng)雙級(jí)雙向變流器，通過(guò)人機(jī)界面設(shè)置基本參數(shù)，所述基本參數(shù)包括蓄電池的充放電電流最大允許值、充放電電壓的上下限、通訊方式及濾波方式； 步驟二、選擇雙向變流器的工作模式，所述工作模式包括蓄電池組充電模式和蓄電池組放電模式；系統(tǒng)采樣，進(jìn)行通道自檢，若無(wú)故障，則先閉合交流接觸器II，再判斷電網(wǎng)電壓是否連接正常，若連接正常則閉合交流接觸器I ; 步驟三、啟動(dòng)DC/AC變換器的PWM脈沖調(diào)制程序，實(shí)時(shí)檢測(cè)DC/AC變換器的直流母線側(cè)電壓，判斷DC/AC變換器的直流母線側(cè)電壓是否大于等于620V，同時(shí)判斷蓄電池組端電壓是否大于等于25V，若是，則直流斷路器閉合，啟動(dòng)DC/DC變換器的PWM脈沖調(diào)制程序，實(shí)現(xiàn)蓄電池組進(jìn)行充電或放電；若不是，則直流斷路器處于斷開(kāi)狀態(tài)； 步驟四、實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池組的電流和電壓，當(dāng)蓄電池組充滿或者放電完畢即達(dá)到充放電上下限值，雙向變流器結(jié)束工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于所述步驟三中，DC/AC變換器與DC/DC變換器獨(dú)立控制，其中，DC/AC變換器的PWM脈沖調(diào)制過(guò)程具體如下 步驟A:對(duì)DC/AC變換器的直流側(cè)電壓進(jìn)行采樣，得到反饋信號(hào)Ucd ； 步驟B:將電壓給定信號(hào)^/^與直流側(cè)電壓反饋信號(hào)Ucd的差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以及限幅，作為諧波檢測(cè)模塊的輸入，以保證直流側(cè)電壓的穩(wěn)定； 步驟C:外部電流傳感器CT采集DC/AC變換器的交流側(cè)三相電流信號(hào)ia，ib, i。送至諧波檢測(cè)模塊，該模塊將利用ip-iq法提取出諧波電流作為滯環(huán)調(diào)節(jié)器的給定與DC/AC變換器需要給出的諧波補(bǔ)償電流iM，icb, i。。進(jìn)行比較，得到的差值分別通過(guò)滯環(huán)調(diào)節(jié)器I、滯環(huán)調(diào)節(jié)器2、滯環(huán)調(diào)節(jié)器3，輸出作為SPWM產(chǎn)生電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而控制DC/AC變換器的脈沖輸出；所述DC/DC變換器的PWM脈沖調(diào)制過(guò)程具體如下 步驟a、對(duì)DC/DC變換器的直流低壓側(cè)電壓、電流進(jìn)行采樣，得到反饋電壓、電流信號(hào)Ud, id ; 步驟b、將電壓給定信號(hào)f/與直流側(cè)電壓反饋信號(hào)Ud進(jìn)行相減后的差值作為PID調(diào)節(jié)器I的輸入；將電流給定信號(hào) 與直流側(cè)電電流反饋信號(hào)id進(jìn)行相減后的差值作為PID調(diào)節(jié)器2的輸入，分別對(duì)PID調(diào)節(jié)器I和PID調(diào)節(jié)器2的輸出進(jìn)行限幅，限幅后的值再通過(guò)EPWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)作為DC/DC PWM驅(qū)動(dòng)電路的輸入，經(jīng)過(guò)DC//DC PWM驅(qū)動(dòng)電路的電平轉(zhuǎn)換進(jìn)而控制DC/DC變換器的脈沖輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙級(jí)雙向變流器及其控制方法，該雙級(jí)雙向變流器包括直流斷路器、直流濾波器、DC/DC變換器、DC/AC變換器、交流濾波器、交流接觸器Ⅰ、交流接觸器Ⅱ、隔離變壓器、交流斷路器、DC/DC PWM驅(qū)動(dòng)電路、DC/AC PWM驅(qū)動(dòng)電路、控制板和人機(jī)界面，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；同時(shí)該控制方法通過(guò)對(duì)DC/AC變換器與DC/DC變換器的獨(dú)立控制，使得整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，互不干擾，較大程度的管理電能的分配，同時(shí)為系統(tǒng)的故障診斷與檢查提供了方便。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102843060SQ20121033434
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者徐進(jìn), 孫善勤, 劉婉麗, 劉偉 申請(qǐng)人:中船重工鵬力(南京)新能源科技有限公司