一种直流高压输电逆变系统技术方案

本发明专利技术提供一种直流高压输电逆变系统，采用输入串联输出并联拓扑结构，通过改变逆变器串联数量和逆变器模组并联数量来匹配直流电网电压等级和负载功率，并采用无需通讯总线，只需普通屏蔽线即可实现频率相位同步控制、输入电压均衡控制、输出电流均衡控制和功率均衡分配，结构简单、成本低，为高压/超高压/特高压直流输电的逆变提供了一种新的方案。

【技术实现步骤摘要】
一种直流高压输电逆变系统
本专利技术涉及电力电子领域，特别涉及一种直流高压输电逆变系统。
技术介绍
高压直流输电具备远距离、大容量、非同步互联，功率损耗小，线路造价低，功率调节迅速灵活，系统稳定性好等优点，非常适合大规模可再生能源组网及富煤地区直接发电大跨度范围输电到经济发达的沿海地区。目前，我国绝大部分工农业企业和日常生活用电仍然是交流电。为满足日常生活及工农业生产领域用电需求，需将高压直流逆变为三相交流电。一方面，受逆变器直流输入电压范围的限制，逆变器不能直接接入高压/超高压/特高压直流电网，需要采用串联方式接入，实现分压。另一方面，随着用电设备功率的大幅增加，为了保证负载获取所需的电能，需要并联多组串联的逆变器模组。如何保证多个逆变器的串并联之后输出交流电频率相位同步、输入电压、输出电流的均衡控制是一个需要解决的问题。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供一种直流高压输电逆变系统。一种直流高压输电逆变系统，包括高压直流电源输入端、若干个逆变模组、三相交流电源输出端，所述逆变模组的输入端相互并联并与高压直流电源输入端连接，所述逆变模组的输出端相互并联并与三相交流电源输出端相连，所述逆变模组包括若干个逆变器，所述逆变器的输入端依次串联后与高压直流输入端相连，所述逆变器的输出端相互并联并与三相交流电源输出端相连，所述逆变器的同步端子J通过同步信号线连接，所述逆变器包括：电压RMS测量电路，与逆变器的输出端V、W连接，用于获取输出电压有效值Vrms；电流测量电路，与逆变器的输出端U连接，用于获取输出电流有效值Irms；电压测量电路，与逆变器输入端并联，用于获取输入电压有效值Vin；三选一复用开关，一端与同步端子J连接，用于同步信号线分时传输同步信号syn、输入电压有效值平均值和输出电流有效值平均值同步电路，一端与三选一复用开关的CH0端连接，用于获取所有逆变器中最先产生的中断溢出信号OV，并生成唯一的同步信号Syn；输入电压平均电路，其一端与三选一复用开关的CH1端连接，输入端与电压测量电路连接，用于获取逆变器的输入电压有效值平均值输出电流平均电路，其一端与三选一复用开关的CH2端连接，输入端与电流测量电路连接，用于获取逆变器的输出电流有效值平均值控制器，其分别与电压RNS测量电路、电流测量电路、电压测量电路、同步电路、输入电压平均电路、输出电流平均电路以及三选一复用开关连接，通过接收到的输入电压有效值、输出电流有效值、输入电压有效值平均值、输出电流有效值平均值及同步信号，根据逆变控制算法获得逆变电路开关管的占空比，并输出该占空比的PWM信号；逆变电路，根据控制器输出的PWM信号将直流电逆变为交流电。所述同步电路包括上电延时模块、PWM模块、三态门、PWM输出控制模块、同步信号Syn丢失定时/计数模块，所述上电延时模块连接PWM模块的EN端，实现电路在上电之后延时Td，Td大于PWM信号的周期Ts，所述PWM模块的PWM输出端与三态门输入端连接，所述PWM模块的OV端与PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块与三态门的控制端连接，所述同步信号Syn丢失定时/计数模块复位信号输出端与PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块及同步信号Syn丢失定时/计数模块分别通过获取同步端子J的同步信号Syn输出CTL信号及Reset信号。所述同步电路的工作原理为：PWM模块出现中断溢出信号OV，最早出现OV↑的同步电路触发PWM输出控制模块，将CTL锁存为高，三态门G1开通，PWM信号输出，从而产生同步信号Syn；将其他同步电路的PWM输出控制模块锁死，不受对应的中断溢出信号OV的控制，CTL保持不变，其他非OV出现最早的同步电路的三态门G1锁死，自动竞争出有且唯一的同步信号Syn；当所述同步信号Syn丢失定时/计数模块在Syn丢失时间或个数超过设定值时，输出Reset复位PWM输出控制模块，再次接收中断溢出信号OV，进而再次竞争出新的同步信号Syn。所述三选一复用开关工作步骤为：第一步，syn↓定义为t0时刻，启动定时控制逻辑；第二步，启动定时控制逻辑后，设定了5个定时时间点t1～t5，分别实现：开关投切到CH1、采样开关投切到CH2、采样和定时结束，复位到CH0，返回第一步。所述输出电流平均电路包括电阻R1，电阻R2，电阻R3，运算放大器A1、运算放大器A2、运算放大器A3，所述输出电流平均电路由三级组成：第一级电路由电阻R1和运算放大器A1组成，所述运算放大器A1的反向输入端与同步端子J相连，电阻R1连接在运算放大器A1的反相输入端与运算放大器A1输出端之间，运算放大器A1的同相输入端接地，用于将输入电流转换成电压；第二级电路由运算放大器A2组成，所述运算放大器A2的同相输入端与运算放大器A1的输出端相连；第三级由电阻R2、电阻R3和运算放大器A3组成，电阻R2连接在运算放大器A2输出端与运算放大器A3反相输入端之间，电阻R3连接在运算放大器A3反相输入端与运算放大器A3输出端之间，运算放大器A3同相输入端接地。所述控制器的逆变控制算法包括幅值调节算法、相位调节算法、频率调节算法和SVPWM调制算法。所述幅值调节算法包括均流补偿算法、均压补偿算法、补偿控制逻辑和电压控制算法，所述均流补偿算法如下：一、获取输处电流有效值Irms与所有逆变器输处电流有效值平均值的偏差量；二、获得补偿量并与设定电压有效值参考量Uref叠加得到动态调节输出电压有效值的参考值所述均压补偿算法如下：一、获取输入电压有效值Vin与所有逆变器输入电压有效值平均值的偏差量；二、获得补偿量并与设定电压有效值参考量Uref叠加得到动态调节输出电压有效值的参考值所述补偿控制逻辑根据输入的状态选择补偿还是完成均流补偿或均压补偿；所述电压控制算法如下：对与Vrms之间偏差量进行调节，得到SVPWM调制向量的模U*。所述相位调节算法如下：一、在获取环路执行周期Tp的基础上，得到执行逆变控制算法时间间隔对应的相位增量为2πf*Tp，其中f*为逆变调制信号频率，Tp为执行逆变控制算法间隔时间；二、进而计算出当前环路执行时刻的相位α[k]，满足：α[k]＝α[k-1]+2πf*Tp，同步信号Syn↑没有出现时，则相位输入量α*＝α[k]；同步信号Syn↑出现，则执行α*＝0，并且清零α[k-1]和更新f*。所述频率调节算法如下：一、在同步信号Syn↑时刻，计算出一个Syn周期的设定相位2Mπ与α[k]的偏差量Δα＝2Mπ-α[k]；二、计算PWM模块定时器时钟频率补偿量其中：fsin为三相交流电的设定频率；三、更新f*＝fsin+Δf。所述SVPWM调制算法根据幅值调节算法得出的SVPWM调制向量的模U*和相位调节算法得出的相位输入量α*，计算出逆变电路开关管的占空比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流高压输电逆变系统，其特征在于：包括高压直流电源输入端、若干个逆变模组、三相交流电源输出端，所述逆变模组的输入端相互并联并与高压直流电源输入端连接，所述逆变模组的输出端相互并联并与三相交流电源输出端相连，所述逆变模组包括若干个逆变器，所述逆变器的输入端依次串联后与高压直流输入端相连，所述逆变器的输出端相互并联并与三相交流电源输出端相连，所述逆变器的同步端子J通过同步信号线连接，所述逆变器包括：/n电压RMS测量电路，与逆变器的输出端V、W连接，用于获取输出电压有效值V

【技术特征摘要】
1.一种直流高压输电逆变系统，其特征在于：包括高压直流电源输入端、若干个逆变模组、三相交流电源输出端，所述逆变模组的输入端相互并联并与高压直流电源输入端连接，所述逆变模组的输出端相互并联并与三相交流电源输出端相连，所述逆变模组包括若干个逆变器，所述逆变器的输入端依次串联后与高压直流输入端相连，所述逆变器的输出端相互并联并与三相交流电源输出端相连，所述逆变器的同步端子J通过同步信号线连接，所述逆变器包括：
电压RMS测量电路，与逆变器的输出端V、W连接，用于获取输出电压有效值Vrms；
电流测量电路，与逆变器的输出端U连接，用于获取输出电流有效值Irms；
电压测量电路，与逆变器输入端并联，用于获取输入电压有效值Vin；
三选一复用开关，一端与同步端子J连接，用于同步信号线分时传输同步信号syn、输入电压有效值平均值和输出电流有效值平均值
同步电路，一端与三选一复用开关的CH0端连接，用于获取所有逆变器中最先产生的中断溢出信号OV，并生成唯一的同步信号Syn；
输入电压平均电路，其一端与三选一复用开关的CH1端连接，输入端与电压测量电路连接，用于获取逆变器的输入电压有效值平均值
输出电流平均电路，其一端与三选一复用开关的CH2端连接，输入端与电流测量电路连接，用于获取逆变器的输出电流有效值平均值
控制器，其分别与电压RNS测量电路、电流测量电路、电压测量电路、同步电路、输入电压平均电路、输出电流平均电路以及三选一复用开关连接，通过接收到的输入电压有效值、输出电流有效值、输入电压有效值平均值、输出电流有效值平均值及同步信号，根据逆变控制算法获得逆变电路开关管的占空比，并输出该占空比的PWM信号；
逆变电路，根据控制器输出的PWM信号将直流电逆变为交流电。


2.根据权利要求1所述的一种直流高压输电逆变系统，其特征在于：所述同步电路包括上电延时模块、PWM模块、三态门、PWM输出控制模块、同步信号Syn丢失定时/计数模块，所述上电延时模块连接PWM模块的EN端，用于实现电路在上电之后延时Td，Td大于PWM信号的周期Ts，所述PWM模块的PWM输出端与三态门输入端连接，所述PWM模块的OV端与PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块与三态门的控制端连接，所述同步信号Syn丢失定时/计数模块复位信号输出端与PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块及同步信号Syn丢失定时/计数模块分别通过获取同步端子J的同步信号Syn输出CTL信号及Reset信号。


3.根据权利要求2所述的一种直流高压输电逆变系统，其特征在于：所述同步电路的工作原理为：
PWM模块出现中断溢出信号OV，最早出现OV↑的同步电路触发PWM输出控制模块，将CTL锁存为高，三态门G1开通，PWM信号输出，从而产生同步信号Syn；

将其他同步电路的PWM输出控制模块锁死，不受对应的中断溢出信号OV的控制，CTL保持不变，其他非OV出现最早的同步电路的三态门G1锁死，自动竞争出有且唯一的同步信号Syn；
当所述同步信号Syn丢失定时/计数模块在Syn丢失时间或个数超过设定值时，输出Reset复位PWM输出控制模块，再次接收中断溢出信号OV，进而再次竞争出新的同步信号Syn。


4.根据权利要求1所述的一种直流高压输电逆变系统，其特征在于：所述三选一复用开关工作步骤为：第一步，syn↓定...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志辉，袁鑫，
申请(专利权)人：温州贝塔电子科技有限公司，温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33