多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路制造技术

本发明专利技术公开了多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路，它是由十六台移相变压器、十六组三相桥式逆变器和网侧陷阱式LCL滤波电路组成，该十六通道96脉冲逆变器采用变压器交流侧绕组串联、直流侧串联的组合方式；采用基于错时采样结合移相的低频PWM调制方案开关方式，使得各组逆变器驱动信号相互之间错开一定的相位，在网侧获得高质量的电流波形。本发明专利技术将脉宽调制技术引入多脉冲逆变器控制，采用电压电流瞬时值反馈技术，完成多脉冲变流器输出波形调节，实现并网低压大电流功率变换，实现网侧波形和效率的最佳平衡，在高压直流输电以及大容量新能源发电场合有着广阔应用前景。

【技术实现步骤摘要】
多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路
本专利技术涉及大功率PWM逆变电路，特别是一种基于多通道的移相96脉冲三相逆变电路及三倍基频的PWM的瞬时值控制方案。
技术介绍
大功率并网逆变电源在新能源发电、静止无功发生器(SVG)、静止同步补偿器(STATCOM)以及高压直流输电等场合有着广泛的应用，其高压大功率电能变换特征使得逆变电路中功率器件电压电流应力较高，给器件选择带来困难，另外大功率逆变电路对整机效率和交流侧功率因数有着严格的要求，考虑到以上要求和特征，当前的大功率整流方案主要有功率器件的串并联、多电平以及多脉冲移相变压器组合方案。功率器件串并联方案可以提高其等效电压电流定额，但相应的功率器件串并联采用的均压和均流控制策略降低了整流器的可靠性，使其输出特性难以优化。多电平整流电路中由多个参数一致的开关器件均分电压，从而提高系统容量和等效开关频率，当前的多电平方案主要有二极管箝位型、飞跨电容型和级联型三种结构，为了获得较好网侧电流波形并提高网侧功率因数，功率器件开关频率仍然要达到几千赫兹，这对大容量逆变电路仍然较高，而且随着电平数提高，逆变电路结构和控制方案趋于复杂，因此实际使用多以三电平为主，更多电平的方案尚有大量控制问题需要探索。多脉冲方案将多个结构一致的三相逆变电路的交流侧通过移相变压器耦合方式连接到三相电网，合理设计三相逆变器对应的输出侧移相变压器的移相角度，可以消除逆变器交流侧的特定次数谐波，实现并网电流正弦化构建，并且组合的模块数越多交流侧构建的波形正弦度越高，但模块数量增加需使得对应的移相变压器移相角度的精确设计困难，难以对多个绕组匝比之间的优化设计，从而抵消组合的模块数量增加带来的正弦化输出优势。多脉冲逆变电路多用于大功率无源逆变场合，其逆变电路中功率器件采用工频开关方式，可以实现高效高质量的电能变换，但多脉冲逆变器输出波形调节困难以及工频开关方式带来的动态响应迟缓等问题制约了其用于诸如新能源发电、SVG以及STATCOM等并网逆变场合。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路，将脉宽调制技术(PWM)引入多脉冲逆变器的控制，并采用电压电流瞬时值反馈技术，实现多脉冲变流器的输出波形调节，从而实现其并网功率变换。本专利技术的技术解决方案是：该多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路由十六台移相变压器、十六组三相桥式逆变器和网侧陷阱式LCL滤波电路组成，该十六通道96脉冲逆变器采用变压器交流侧绕组串联、直流侧串联的组合方式；采用基于错时采样结合移相的低频PWM调制方案开关方式，使得各组逆变器驱动信号相互之间错开一定的相位，在网侧获得高质量的电流波形。其中，所述的十六通道并网逆变电路由四组结构完全一致的四通道24脉冲逆变器直流侧串联交流侧移相合成得到，每组逆变器输出由四个通道三相逆变器通过移相星型-三角型变压器耦合得到；通道1和通道2的逆变器侧绕组都采用星型连接，而电网侧绕组由两套绕组组成，A相a1x1/a2x2，B相b1y1/b2y2，C相c1z1c/2z2，合理设计绕组匝比以及曲折连接方式，形成滞后7.5度和超前7.5度的移相连接方式；通道3和通道4的变压器逆变器侧绕组采用三角型连接，而电网侧绕组连接方式同通道1和通道2的对应变压器绕组连接；由变压器副边绕组的星型三角型绕组30度相位差以及合理匝数比的关系，控制通道1和通道3以及通道2和4之间驱动信号错相30度，消除交流侧输出波形中的6k±1次谐波，综合第一组24脉冲逆变器的通道1、3和通道2、4变压器原边绕组±7.5度的移相角度，控制它们之间的错相15度驱动方式，即消除交流侧输出的12k±1次谐波，使交流侧波形中只含有24k±1次谐波；第二组到第四组结构完全一致的24脉冲逆变器各通道的控制信号相对于第一组对应通道控制信号依次错开3.75度，使得四组逆变器交流侧输出通过变压器耦合叠加后，输出波形中的24k±1、48k±1次谐波被大幅抑制；所述的十六通道逆变器在图示变压器绕组连接方式下以及驱动信号依次错开3.75度基础上，输出的96阶梯波谐波主要集中在96k±1次。其中，所述的96脉冲并网逆变器采用3倍基波频率的空间矢量调制，三相逆变器的8个基本矢量V0～V7在复数坐标系中分布；基于直流侧电压和网侧电流的瞬时值反馈的空间矢量PWM控制策略是：直流侧电压采样和参考电压比较其误差通过比例积分调节器，输出作为有功电流给定将网侧电流采样后通过坐标变换得到网侧的有功和无功电流和给定比较，其误差经过电流调节器，输出经过坐标反变换获得静止坐标系的参考量；为了使得参考矢量和输出电压矢量同相位，旋转电角度后，通过错时三倍采样频率空间矢量调制获得通道1到4的控制信号，第二组至第四组的24脉冲逆变器的控制信号由第一组相应通道信号滞后得到。其中，所述的十六通道的三相逆变器的控制信号相互之间错开的控制方式实现网侧96阶梯波输出，其开关信号是通过数字信号处理器TMS28035结合FPGA(XC3S400)共同计算发生，其中DSP承担的工作是采样、计算、发送数据和控制指令给FPGA，FPGA承担的工作是根据DSP发送来的指令进行逻辑比较产生SVPWM信号，同时在延迟一定的电角度，得到其它三组24脉冲三相逆变器的控制信号。本专利技术具有以下优点：16通道96脉冲PWM逆变器的16台变压器只有两种规格，需要设计的绕组只有四种绕组规格，工程实现容易；该整流器在三倍的基波频率工作方式下即实现高质量的网侧波形，实现了网侧波形和效率的最佳平衡；另外八个通道变流器直流侧也可以并联输出，实现低压大电流功率变换，该电路结构在高压直流输电以及大容量新能源发电场合有着广阔应用前景。附图说明图1是96脉冲并网逆变器电路结构；图2是三相逆变器；图3是基于电压电流瞬时值反馈的3倍基频PWM的系统控制框图；图4是DSP28035结合FPGA的控制结构；图5是3倍基频的PWM开关波形及96脉冲输出电压波形。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案，但不能理解是对本专利技术的限制。如图1-5所示，该多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路由十六台移相变压器、十六组三相桥式逆变器和网侧陷阱式LCL滤波电路组成，该十六通道96脉冲逆变器采用变压器交流侧绕组串联、直流侧串联的组合方式；为了适应并网逆变系统快速动态响应并兼顾大功率高效功率变换的要求，采用基于错时采样结合移相的低频PWM调制方案开关方式，使得各组逆变器驱动信号相互之间错开一定的相位，在网侧获得高质量的电流波形。如图1所示，所述的十六通道并网逆变电路由四组结构完全一致的四通道24脉冲逆变器直流侧串联交流侧移相合成得到，每组逆变器输出由四个通道三相逆变器通过移相星型-三角型变压器耦合得到；通道1和通道2的逆变器侧绕组都采用星型连接，而电网侧绕组由两套绕组组成(A相a1x1/a2x2，B相b1y1/b2y2，C相c1z1c/2z2)，合理设计这两套绕组匝比以及如图5所示的曲折连接方式，形成滞后7.5度和超前7.5度的移相连接方式；通道3和通道4的变压器逆变器侧绕组采用三角型连接，而电网侧绕组连接方式同通道1和通道2的对应变压器绕组连接；由变压器副边绕组的星型三角型本文档来自技高网...

【技术保护点】
多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路，其特征是：它是由十六台移相变压器、十六组三相桥式逆变器和网侧陷阱式LCL滤波电路组成，该十六通道96脉冲逆变器采用变压器交流侧绕组串联、直流侧串联的组合方式；采用基于错时采样结合移相的低频PWM调制方案开关方式，使得各组逆变器驱动信号相互之间错开一定的相位，在网侧获得高质量的电流波形。

【技术特征摘要】
1.多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路，其特征是：它是由十六台移相变压器、十六组三相桥式逆变器和网侧陷阱式LCL滤波电路组成，该十六通道96脉冲逆变器采用变压器交流侧绕组串联、直流侧串联的组合方式；采用基于错时采样结合移相的低频PWM调制方案开关方式，使得各组逆变器驱动信号相互之间错开一定的相位，在网侧获得高质量的电流波形。2.根据权利要求1所述的多通道96脉冲瞬时值反馈的大功率PWM并网逆变电路，其特征是：所述的十六通道并网逆变电路由四组结构完全一致的四通道24脉冲逆变器直流侧串联交流侧移相合成得到，每组逆变器输出由四个通道三相逆变器通过移相星型-三角型变压器耦合得到；通道1和通道2的逆变器侧绕组都采用星型连接，而电网侧绕组由两套绕组组成，A相a1x1/a2x2，B相b1y1/b2y2，C相c1z1c/2z2，合理设计绕组匝比以及曲折连接方式，形成滞后7.5度和超前7.5度的移相连接方式；通道3和通道4的变压器逆变器侧绕组采用三角型连接，而电网侧绕组连接方式同通道1和通道2的对应变压器绕组连接；由变压器副边绕组的星型三角型绕组30度相位差以及合理匝数比的关系，控制通道1和通道3以及通道2和4之间驱动信号错相30度，消除交流侧输出波形中的6k±1次谐波，综合第一组24脉冲逆变器的通道1、3和通道2、4变压器原边绕组±7.5度的移相角度，控制它们之间的错相15度驱动方式，即消除交流侧输出的12k±1次谐波，使交流侧波形中只含有24k±1次谐波；第二组到第四组结构完全一致的24脉冲逆变器各通道的控制信号相对于第一组对应通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万，李亚洲，石殿郑，刘爱平，张聪，谢剑锋，
申请(专利权)人：淮阴工学院，国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32