用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法制造方法及图纸

技术编号:15650071 阅读:106 留言:0更新日期:2017-06-17 03:00
本发明专利技术提供一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法,涉及电力系统控制技术领域。装置包括微处理器单元、全桥高频阵列单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、MOSFET/IGBT驱动单元、电压检测单元、电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机,通过微处理器单元处理电流、电压检测单元采集到的电流电压信息,进而驱动MOSFET/IGBT驱动单元控制MOSFET和IGBT器件的通断,同时将采集到的电流电压信息传输到上位机。本发明专利技术能拓宽分布式电源并网的电压输入范围,对并网输出功率等级进行分类,避免由于环境或其它因素造成的电压波动对分布式发电系统的影响,满足不同环境下对输出并网功率的需求,并具有增强人机对话的功能。

【技术实现步骤摘要】
用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法
本专利技术涉及电力系统控制
,尤其涉及一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法。
技术介绍
随着能源消耗的日益增长,不可再生的化石燃料终将枯竭,因此绿色清洁能源如风力发电、光伏发电、燃料电池等得到了快速发展。分布式发电技术作为清洁能源并网的有效方式,受到越来越多人的重视。由于分布式发电系统调节方式和自身结构固有特性,利用风能、太阳能等的分布式发电系统的输入能量具有天然波动性,所以,分布式电源输出功率波动很大,其输出电压多是在一个很宽的范围内变化,不确定性程度高,容易造成电网电压波动引起闪变,且分布式发电系统无法通过相关措施对输出功率进行等级分类,因此,对于分布式电源发电系统的电压输入范围和多端输出功率等级分类提出了更高的要求。目前分布式发电系统主要通过Boost-Buck升降压电路来改善分布式电源输入电压范围拓宽的措施,当涉及到功率等级的提升,往往需要功率等级极高的元件,Boost-Buck升降压电路固有器件的特性限制了分布式发电系统的电压输入范围和功率等级的分类。对于分布式电源发电系统,不仅需要宽范围的电压输入,也需要简单可靠的措施对功率等级进行分类,以适应不同环境下对分布式发电系统的需求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷,本专利技术提供一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法,针对的是分布式电源并网的电压输入范围的提升和并网输出功率等级的分类,结合硬件辅助电路、控制方法与控制系统硬件结构,能够拓宽分布式电源并网的电压输入范围,对并网输出功率等级进行分类,避免由于环境或其它因素造成的电压波动对分布式发电系统的影响,满足不同环境下对输出并网功率的需求,并具有增强人机对话的功能。一方面,本专利技术提供一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置,包括微处理器单元、全桥高频阵列单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、MOSFET/IGBT驱动单元、电压检测单元、电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机;所述的微处理器单元用于处理电流检测单元和电压检测单元采集到的电流和电压信息,进而驱动MOSFET/IGBT驱动单元控制MOSFET和IGBT器件的通断,同时将采集到的电流电压信息传输到上位机,PC端记录电压和电流信息,为拓宽分布式电源并网的电压输入范围和输出功率等级分类提供保障;所述微处理器单元包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片;所述MOSFET/IGBT驱动单元通过第一缓冲芯片与主控芯片连接,所述电流检测单元和电压检测单元均通过第二缓冲芯片与主控芯片连接,所述无线通讯单元直接与所述主控芯片连接;所述全桥高频阵列单元包括五个结构相同的全桥高频稳压电路,设于两根直流母线上,用于拓宽分布式电源并网的电压输入范围;所述的全桥高频阵列单元包括三个输入端和一个输出端,所述的高频阵列单元的第一输入端通过电流检测单元和电压检测单元连接作为分布式并网电源的储能变换电池,所述全桥高频阵列单元的第二输入端连接所述MOSFET/IGBT驱动单元输出端,所述全桥高频阵列单元的第三输入端连接微处理器单元的第二输出端,所述全桥高频阵列单元的输出端连接复合缓冲单元的第一输入端;所述复合缓冲保护单元包括两个结构相同的第一复合缓冲电路和第二复合缓冲电路,分别设于两根母线I和II上,用于抑制IGBT器件通断时母线上尖峰电压;所述复合缓冲保护单元包括两个输入端和两个输出端,所述复合缓冲保护单元的第一输入端连接高频阵列单元的输出端,所述复合缓冲保护单元的第二输入端连接所述MOSFET/IGBT驱动单元的输出端,所述复合缓冲保护单元的第一输出端连接电流检测单元的输入端,所述复合缓冲保护单元的第二输出端连接功率变频单元的第一输入端;所述功率变频单元用于将母线侧直流电压转变为电网侧交流电压,包括6个结构相同的子单元,各子单元的电路结构均与所述第一或第二复合缓冲电路的电路结构相同;所述MOSFET/IGBT驱动单元包括驱动芯片及外围保护电路,用于将微处理器单元输出信号进行升压处理,进而达到控制MOSFET和IGBT器件栅极所需电压;所述电压检测单元用于检测复合缓冲保护单元、高频阵列单元第一输入端和功率变频单元三路输出端的电压,包括两组电路结构相同的电压检测电路;所述电流检测单元用于检测变换装置中待检测点的电流是否超出或低于预设电流阈值范围,包括桥臂直通电流检测单元、母线电流检测单元和负载电流检测单元,所述桥臂直通故障电流检测单元的检测电路为分散过流保护电路,用于检测复合缓冲单元和功率变频单元中待检测点的桥臂直通电流是否超过预设电流值,所述母线电流检测单元和负载电流检测单元的检测保护电路均为集中过流保护电路,所述母线电流检测单元用于检测直流母线待检测点的电流是否超过预设电流阈值范围,且在两根母线上分别设有一个母线电流检测单元,所述负载电流检测单元设于负载连接线上,用于检测负载连接线上待检测点的电流是否超过预设电流阈值范围;所述无线通讯单元用于将微处理单元的信号无线传输给上位机;所述LC滤波器用于滤除功率变频单元产生的谐波,包括三组LC滤波电路,所述三组LC滤波电路的输入端分别连接所述功率变频单元的三路输出端,所述三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线;所述上位机为手机和电脑PC,用于实时监测装置的电压、电流和功率信息,同时能通过发送指令控制IGBT器件的通断。进一步地,所述全桥高频稳压电路包括高压母线滤波电容、第一MOSFET器件、第二MOSFET器件、第三MOSFET器件、第四MOSFET器件、高频全桥升压变压器、第一选择开关器、第一反向二极管、第二反向二极管、第三反向二极管和第四反向二极管;所述高压母线滤波电容的两端作为所述高频阵列单元的第一输入端,连接作为分布式发电系统的储能装置,同时连接电压检测单元的输入端;所述第一MOSFET器件和第二MOSFET器件的漏极同时连接高压母线滤波电容的一端,所述第一MOSFET器件的源极同时连接高频全桥升压变压器的异名输入端和第第四MOSFET器件的漏极,所述第二MOSFET器件的源极同时连接高频全桥升压变压器的同名输入端和第三MOSFET器件的漏极,所述第三MOSFET器件和第四MOSFET器件的源极同时连接高压母线滤波电容的另一端;所述第一MOSFET器件、第二MOSFET器件、第三MOSFET器件和第四MOSFET器件的栅极作为高频阵列单元的第二输入端,连接MOSFET/IGBT驱动单元的输出端;所述高频全桥升压变压器的同名输出端同时连接第三反向二极管的阴极和第四反向二极管的阳极,所述高频全桥升压变压器的异名输出端连接第一选择开关器的第一输入端;所述第一选择开关器的信号引脚2作为高频阵列单元的第三输入端,连接微处理器单元的第二输出端;所述第一选择开关器的输出端同时连接第一反向二极管的阳极和第二反向二极管的阴极;所述的第一反向二极管的阴极和第四反向二极管的阴极连接,作为该全桥高频稳压电路的第一输出端,所述第二反向二极管的阳极和第三反向二极管的阳极连接,作为该全桥高频稳压电路的第二输出端;五个结构相同的全桥高频稳压电路通过前一个全桥高频稳压电路的第二输出端与相邻的下一个全桥高频稳压电路的第一输出端相连接的方式进行串联本文档来自技高网...
用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法

【技术保护点】
一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置,其特征在于:包括微处理器单元、全桥高频阵列单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、MOSFET/IGBT驱动单元、电压检测单元、电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机;所述的微处理器单元用于处理电流检测单元和电压检测单元采集到的电流和电压信息,进而驱动MOSFET/IGBT驱动单元控制MOSFET和IGBT器件的通断,同时将采集到的电流电压信息传输到上位机,PC端记录电压和电流信息,为拓宽分布式电源并网的电压输入范围和输出功率等级分类提供保障;所述微处理器单元包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片;所述MOSFET/IGBT驱动单元通过第一缓冲芯片与主控芯片连接,所述电流检测单元和电压检测单元均通过第二缓冲芯片与主控芯片连接,所述无线通讯单元直接与所述主控芯片连接;所述全桥高频阵列单元包括五个结构相同的全桥高频稳压电路,设于两根直流母线上,用于拓宽分布式电源并网的电压输入范围;所述的全桥高频阵列单元包括三个输入端和一个输出端,所述的高频阵列单元的第一输入端通过电流检测单元和电压检测单元连接作为分布式并网电源的储能变换电池,所述全桥高频阵列单元的第二输入端连接所述MOSFET/IGBT驱动单元输出端,所述全桥高频阵列单元的第三输入端连接微处理器单元的第二输出端,所述全桥高频阵列单元的输出端连接复合缓冲单元的第一输入端;所述复合缓冲保护单元包括两个结构相同的第一复合缓冲电路和第二复合缓冲电路,分别设于两根母线I和II上,用于抑制IGBT器件通断时母线上尖峰电压;所述复合缓冲保护单元包括两个输入端和两个输出端,所述复合缓冲保护单元的第一输入端连接高频阵列单元的输出端,所述复合缓冲保护单元的第二输入端连接所述MOSFET/IGBT驱动单元的输出端,所述复合缓冲保护单元的第一输出端连接电流检测单元的输入端,所述复合缓冲保护单元的第二输出端连接功率变频单元的第一输入端;所述功率变频单元用于将母线侧直流电压转变为电网侧交流电压,包括6个结构相同的子单元,各子单元的电路结构均与所述第一或第二复合缓冲电路的电路结构相同;所述MOSFET/IGBT驱动单元包括驱动芯片及外围保护电路,用于将微处理器单元输出信号进行升压处理,进而达到控制MOSFET和IGBT器件栅极所需电压;所述电压检测单元用于检测复合缓冲保护单元、高频阵列单元第一输入端和功率变频单元三路输出端的电压,包括两组电路结构相同的电压检测电路;所述电流检测单元用于检测变换装置中待检测点的电流是否超出或低于预设电流阈值范围,包括桥臂直通电流检测单元、母线电流检测单元和负载电流检测单元,所述桥臂直通故障电流检测单元的检测电路为分散过流保护电路,用于检测复合缓冲单元和功率变频单元中待检测点的桥臂直通电流是否超过预设电流值,所述母线电流检测单元和负载电流检测单元的检测保护电路均为集中过流保护电路,所述母线电流检测单元用于检测直流母线待检测点的电流是否超过预设电流阈值范围,且在两根母线上分别设有一个母线电流检测单元,所述负载电流检测单元用于检测负载连接线上待检测点的电流是否超过预设电流阈值范围;所述无线通讯单元用于将微处理单元的信号无线传输给上位机;所述LC滤波器用于滤除功率变频单元产生的谐波,包括三组LC滤波电路,所述三组LC滤波电路的输入端分别连接所述功率变频单元的三路输出端,所述三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线;所述上位机为手机和电脑PC,用于实时监测装置的电压、电流和功率信息,同时能通过发送指令控制IGBT器件的通断。...

【技术特征摘要】
1.一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置,其特征在于:包括微处理器单元、全桥高频阵列单元、复合缓冲保护单元、功率变频单元、MOSFET/IGBT驱动单元、电压检测单元、电流检测单元、无线通讯单元、LC滤波器和上位机;所述的微处理器单元用于处理电流检测单元和电压检测单元采集到的电流和电压信息,进而驱动MOSFET/IGBT驱动单元控制MOSFET和IGBT器件的通断,同时将采集到的电流电压信息传输到上位机,PC端记录电压和电流信息,为拓宽分布式电源并网的电压输入范围和输出功率等级分类提供保障;所述微处理器单元包括主控芯片、第一缓冲芯片和第二缓冲芯片;所述MOSFET/IGBT驱动单元通过第一缓冲芯片与主控芯片连接,所述电流检测单元和电压检测单元均通过第二缓冲芯片与主控芯片连接,所述无线通讯单元直接与所述主控芯片连接;所述全桥高频阵列单元包括五个结构相同的全桥高频稳压电路,设于两根直流母线上,用于拓宽分布式电源并网的电压输入范围;所述的全桥高频阵列单元包括三个输入端和一个输出端,所述的高频阵列单元的第一输入端通过电流检测单元和电压检测单元连接作为分布式并网电源的储能变换电池,所述全桥高频阵列单元的第二输入端连接所述MOSFET/IGBT驱动单元输出端,所述全桥高频阵列单元的第三输入端连接微处理器单元的第二输出端,所述全桥高频阵列单元的输出端连接复合缓冲单元的第一输入端;所述复合缓冲保护单元包括两个结构相同的第一复合缓冲电路和第二复合缓冲电路,分别设于两根母线I和II上,用于抑制IGBT器件通断时母线上尖峰电压;所述复合缓冲保护单元包括两个输入端和两个输出端,所述复合缓冲保护单元的第一输入端连接高频阵列单元的输出端,所述复合缓冲保护单元的第二输入端连接所述MOSFET/IGBT驱动单元的输出端,所述复合缓冲保护单元的第一输出端连接电流检测单元的输入端,所述复合缓冲保护单元的第二输出端连接功率变频单元的第一输入端;所述功率变频单元用于将母线侧直流电压转变为电网侧交流电压,包括6个结构相同的子单元,各子单元的电路结构均与所述第一或第二复合缓冲电路的电路结构相同;所述MOSFET/IGBT驱动单元包括驱动芯片及外围保护电路,用于将微处理器单元输出信号进行升压处理,进而达到控制MOSFET和IGBT器件栅极所需电压;所述电压检测单元用于检测复合缓冲保护单元、高频阵列单元第一输入端和功率变频单元三路输出端的电压,包括两组电路结构相同的电压检测电路;所述电流检测单元用于检测变换装置中待检测点的电流是否超出或低于预设电流阈值范围,包括桥臂直通电流检测单元、母线电流检测单元和负载电流检测单元,所述桥臂直通故障电流检测单元的检测电路为分散过流保护电路,用于检测复合缓冲单元和功率变频单元中待检测点的桥臂直通电流是否超过预设电流值,所述母线电流检测单元和负载电流检测单元的检测保护电路均为集中过流保护电路,所述母线电流检测单元用于检测直流母线待检测点的电流是否超过预设电流阈值范围,且在两根母线上分别设有一个母线电流检测单元,所述负载电流检测单元用于检测负载连接线上待检测点的电流是否超过预设电流阈值范围;所述无线通讯单元用于将微处理单元的信号无线传输给上位机;所述LC滤波器用于滤除功率变频单元产生的谐波,包括三组LC滤波电路,所述三组LC滤波电路的输入端分别连接所述功率变频单元的三路输出端,所述三组LC滤波电路的输出端分别连接电网的三相线;所述上位机为手机和电脑PC,用于实时监测装置的电压、电流和功率信息,同时能通过发送指令控制IGBT器件的通断。2.根据权利要求1所述的用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置,其特征在于:所述全桥高频稳压电路包括高压母线滤波电容、第一MOSFET器件、第二MOSFET器件、第三MOSFET器件、第四MOSFET器件、高频全桥升压变压器、第一选择开关器、第一反向二极管、第二反向二极管、第三反向二极管和第四反向二极管;所述高压母线滤波电容的两端作为所述高频阵列单元的第一输入端,连接作为分布式发电系统的储能装置,同时连接电压检测单元的输入端;所述第一MOSFET器件和第二MOSFET器件的漏极同时连接高压母线滤波电容的一端,所述第一MOSFET器件的源极同时连接高频全桥升压变压器的异名输入端和第第四MOSFET器件的漏极,所述第二MOSFET器件的源极同时连接高频全桥升压变压器的同名输入端和第三MOSFET器件的漏极,所述第三MOSFET器件和第四MOSFET器件的源极同时连接高压母线滤波电容的另一端;所述第一MOSFET器件、第二MOSFET器件、第三MOSFET器件和第四MOSFET器件的栅极作为高频阵列单元的第二输入端,连接MOSFET/IGBT驱动单元的输出端;所述高频全桥升压变压器的同名输出端同时连接第三反向二极管的阴极和第四反向二极管的阳极,所述高频全桥升压变压器的异名输出端连接第一选择开关器的第一输入端;所述第一选择开关器的信号引脚2作为高频阵列单元的第三输入端,连接微处理器单元的第二输出端;所述第一选择开关器的输出端同时连接第一反向二极管的阳极和第二反向二极管的阴极;所述的第一反向二极管的阴极和第四反向二极管的阴极连接,作为该全桥高频稳压电路的第一输出端,所述第二反向二极管的阳极和第三反向二极管的阳极连接,作为该全桥高频稳压电路的第二输出端;五个结构相同的全桥高频稳压电路通过前一个全桥高频稳压电路的第二输出端与相邻的下一个全桥高频稳压电路的第一输出端相连接的方式进行串联,前一个全桥高频稳压电路的第一选择开关器的串联转接端1与下一个全桥高频稳压电路中高频全桥升压变压器的同名输出端连接;第一个全桥高频稳压电路的第一输出端和第五个全桥高频稳压电路的第二输出端共同作为全桥高频阵列单元的一对输出端,连接复合缓冲单元的第一输入端。3.根据权利要求2所述的用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置,其特征在于:所述第一复合缓冲电路包括第一IGBT器件、第一电阻、第六电容、第一电感、第二十一反向二极管、第二十二反向二极管;所述第一电感的一端作为所述复合缓冲保护单元的第一输入端,连接全桥高频阵列单元的输出端,同时连接第二十一反向二极管的阴极,所述第一电感的另一端连接第一IGBT器件的集电极、第一电阻的一端、第二十一反向二极管的阳极和第二十二反向二极管的阳极,所述第一IGBT器件的发射极连接第二十二反向二极管的阴极、第一电阻的另一端、第六电容的正极、功率变频单元的第一输入端,所述第六电容的负极作为复合缓冲保护单元的第二输出端,连接第一IGBT器件的发射极和功率变频单元的第一输入端,第一IGBT器件的门极作为复合缓冲保护单元的第二输入端,连接MOSFET/IGBT驱动单元的输出端;所述的第一IGBT器件的集电极作为复合缓冲单元的第一输出端,连接电流检测单元的输入端、高频阵列单元的输出端。4.根据权利要求3所述的用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置,其特征在于:所述功率变频单元还包括第八电容;各子单元的IGBT器件的门极均作为功率变频单元的第二输入端,连接IGBT驱动单元的输出端;各子单元中的电感的一端分别作为相应子单元的输入端;各子单元中的IGBT器件的发射极分别作为相应子单元的输出端;所述6个结构相同的子单元中的第一子单元、第三子单元、第五子单元的输入端连接于一点,作为功率变频单元的第一输入端的正极,连接与母线I相连的第一复合缓冲电路的第二输出端;所述6个结构相同的子单元中的第二子单元、第四子单元、第六子单元的输出端连接于一点,作为功率变频单元的第一输入端的负极,连接与母线II相连的第二复合缓冲电路的第二输出端;所述第八电容连接于第一子单元的输入端与第二子单元的输出端之间;所述6个结构相...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘大鹏林莘屈恺吴冠男陈浩然马硕蒋元宇王璐易伟滕云龙
申请(专利权)人:沈阳工业大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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