发明专利｜适用于孤岛和并网模式的微电网功率变换系统-第4页-北极星输配电网

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图13为传统逆变器三相输出电压FFT分析图;

图14为传统的逆变器上下电容电压波形图;

图15为传统逆变器中性线流入分裂电容中点电流曲线图;

[0089] 图16为本发明的实施例的三相电压输出波形;

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，适用于孤岛和并网模式的微电网功率变换系统，包括直流电源电路、电容串联电路、变压器、第一开关管桥臂、第二开关管桥臂、控制电路和三相逆变器电路;

所述电容串联电路包括串联的上电容C₁和下电容C₂，上电容C₁的另一端与直流电源电路的正极相连，下电容C₂的另一端连接直流电源电路的负极;上电容C₁和下电容C₂中间连接点分别与变压器的N₁线圈非同名端和变压器N₂线圈的同名端相连;

所述第一开关管桥臂包括串联的开关管T₁和T₂，开关管T₁的发射极与开关管T₂的集电极相连，开关管T₁和T₂分别反并联一个二极管D₁和D₂，开关管T₁和T₂的中间连接点与变压器N₁线圈的同名端相连;

所述第二开关管桥臂包括串联的开关管T₃和T₄，开关管T₃的发射极与开关管T₄的集电极相连，开关管T₃和T₄分别反并联一个二极管D₃和D₄，开关管T₃和T₄的中间连接点与变压器N₂线圈的非同名端相连;

开关管T₁和T₃的集电极与直流电源电路的正极相连，开关管T₂和T₄的发射极与直流电源电路的负极相连;

所述控制电路包括多个电压传感器、驱动信号生成单元;

电压传感器，用于检测下电容C₂两端的电压，用于检测直流电源电路的中性点电压;

驱动信号生成模块，使用电压传感器的检测电压，结合0V给定电压，生成开关管T₁、T₂、T₃、T₄的控制信号G1、G2、G3和G4;

所述三相逆变器电路具备三相的开关管桥臂，每一相的所述开关管桥臂在上下臂分别具有开关管：开关管S1和S4串联、开关管S3和S6串联、开关管S5和S2串联分别作为逆变器的A、B、C三相，开关管S1、S4、S3、S6、S5、S2分别反并联一个二极管;每一相上臂的开关管(S1、S3、S5)连接到直流电源电路的正极，每一相下臂的开关管(S4、S6、S2)连接到直流电源电路的负极;所述上下臂的开关管之间的串联连接点作为各相的交流输出端子，分别通过电感La、Lb、Lc连接负载;所述电感La、Lb、Lc分别通过电容Cc、Cb、Ca与中性点N相连，中性点N同时连接到变压器N₁线圈的非同名端和N₂线圈的同名端，以及上电容C₁与下电容C₂的中间连接点。

相比与传统的分裂电容式三相四线逆变电路，本发明的功率变换系统多出了一个变压器，四个开关管(T₁、T₂、T₃、T₄)以及四个与开关管反并联的二极管(D₁、D₂、D₃、D₄)。从控制的角度说，该拓扑加入了分裂电容均压控制，需要新增四个PWM控制信号，用于控制四个开关管的导通和关断。

进一步地，所述直流电源电路包括多个串联的直流电压源。

进一步地，本发明的中性点电压偏移分为两种情况：一是中性点电压大于直流源电压的一半，即上电容C₁上的电压小于下电容C₂上的电压;二是中性点电压小于直流源电压的一半，即上电容C₁上的电压大于下电容C₂上的电压。下面分别说明这两种情况下系统的工作状态。

(一)当上电容C₁上的电容电压小于下电容C₂上的电容电压时，开关管T₂和T₄轮流导通，变压器N₁线圈和N₂线圈交替作为变压器原边，把下电容C₂的能量传递到上电容C₁上，实现上下电容电压的均衡，开关管T₁和T₃一直保持断开状态;

微电网功率变换系统依次包括以下四种工作状态：(1)T₂导通，T₁、T₃、T₄关断;(2)T₁、T₂、T₃、T₄关断;(3)T₄导通，T₁、T₂、T₃关断;(4)T₁、T₂、T₃、T₄关断;将这四种工作状态分别命名为① 状态，② 状态，③ 状态和④ 状态。

(1)所述① 状态时，开关管T₂导通，T₁、T₃、T₄关断，电路中的电流方向如图2所示。电流从下电容C₂的正端流出，经过N₁线圈和开关管T₂后流回下电容C₂的负端;根据基尔霍夫方程得到：

公式中，为N₁线圈两端的电压，为开关管T₂的导通压降;

与此同时，在变压器N₂线圈产生电流回路：电流从N₂线圈的非同名端流出，依次经

过与开关管T₃反并联的二极管D₃、下电容C₁后流回到N₂线圈的同名端;此时：

式中，为N₂线圈两端的电压，为二极管D₃的导通压降;

将变压器变比设为1，得到：

根据公式(1)、(2)、(3)得到：

即上电容C₁的电压值与下电容C₂的电压值之差即为开关管T₂的导通压降与二极管D₃的导通压降之和;下电容C₂在该工作状态中不断放出能量，能量被N₁线圈吸收后传递给N₂线圈，然后由N₂线圈通过二极管D₃不断向电容上C₁充电;这个过程中，C₂放电，C₁充电，不断减小，不断增加，二者电压差减少;

(2)所述② 状态为① 状态的续流阶段，电流流向如图3所示。电流从N₁线圈的同名端流出，依次经过与开关管T₁反并联的二极管D₁、上电容C₁后流回N₁线圈的非同名端，该电流不断减小，最终为0;

(3)所述③ 状态在② 状态的续流完成后开始，此状态下，开关管T₄导通，T₁、T₂、T₃关断，电流流向如图4所示。电流从下电容C₂正端流出，经过N₂线圈、开关管T₄后流回下电容C₂的负端，此时：

式中，为开关管T₄的导通压降;

与此同时，在变压器副边N₁线圈产生电流回路：电流从N₁线圈的同名端流出，经过与开关管T₁反并联的二极管D₁、上电容C₁后流回N₁线圈的非同名端;此时N₁线圈电压为：

为与二极管D₁的导通压降;

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