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CN103904902A - 一种多能源输入电力变换器控制装置 - Google Patents

一种多能源输入电力变换器控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电力变换领域内的一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，包括主电路和控制电路，所述主电路包括由双输入端至输出端依次设置的升压电路、双有源桥直流直流变换器以及稳压电容，所述控制电路包括输出端连接在数字信号处理器上的蓄电池电压采样电路、蓄电池电流采样电路、光伏电池电压采样电路、光伏电池电流采样电路、全桥逆变器桥臂中点电压采样电路、全桥逆变器电流采样电路、输出电压采样电路以及输出电流采样电路，所述数字信号处理器的信号输出端连接有十路功率管驱动电路，本发明动态补偿高频变压器原边伏秒值消除偏磁，通过调节原边逆变器和副边整流器的移相角，实现输出稳压和功率潮流控制，可用于光伏发电中。

Description

一种多能源输入电力变换器控制装置
技术领域
本发明涉及一种电力变换器，特别涉及一种用于光伏发电用电力变换器。
背景技术
光伏电池的最大功率输出直接受光照强度影响，以光伏为输入能源的电力变换装置在负载波动时将偏离光伏的最佳工作点，从而导致光伏能源的浪费或失负载的情况。集成有储能装置的多输入变换器，可以在保证光伏电池处于最佳工作点的同时，利用储能装置保证负载需求。处于安全考虑，光伏发电用中大功率变换器一般采用电磁隔离的方案，交流侧接有变压器。实际运行中，多种因素使得变压器原边伏秒励磁不平衡，引起变压器铁心磁化曲线不再关于原点对称，伏秒励磁偏差的累积将会导致磁芯进一步饱和，造成单方向磁化电流剧增，损耗增大，会导致开关管损坏。移相PWM多用模拟电路配合DSP以及FPGA实现，这些方法存在实现复杂、控制精度有限和控制功能单一等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对光伏最大功率输出受光照强度影响的问题，提供一种多能源输入电力变换器控制装置，实现多能源协同发电，提出主动式偏磁抑制方法，并且实现输出稳压和功率潮流控制。
本发明的目的是这样实现的：一种多能源输入电力变换器控制装置，包括主电路和控制电路；
所述主电路包括由双输入端至输出端依次设置的升压电路、双有源桥直流直流变换器以及稳压电容C3，主电路的双输入端分别为光伏电池端VS-G1和蓄电池端VB-G2，主电路电极点P和电极点G之间串接二极管D1和第二MOS管S2，二极管D1和MOS管S2之间的电极点B与光伏电池输入正极VS之间串接有电感L1和保护二极管DB，电感L1和保护二极管DB之间的电极点A与蓄电池输入正极VB之间串接有滤波电容C1，所述电极点A与光伏电池输入负极G1之间串接有滤波电容C2，光伏电池输入负极G1与蓄电池输入负极G2之间串接有MOS管S1，所述升压电路由电感L1、二极管D1以及MOS管S2组成，所述双有源桥直流直流变换器的原边包括第三MOS管S3、第四MOS管S4、第五MOS管S5以及第六MOS管S6，所述第三MOS管S3与主电路电极点Q相连，双有源桥直流直流变换器的副边包括第七IGBT管S7、第八IGBT管S8、第九IGBT管S9以及第十IGBT管S10，所述稳压电容C3串接在主电路电极点M和电极点N之间；
所述控制电路包括输出端连接在数字信号处理器上的蓄电池电压采样电路、蓄电池电流采样电路、光伏电池电压采样电路、光伏电池电流采样电路、全桥逆变器桥臂中点电压采样电路、全桥逆变器电流采样电路、输出电压采样电路以及输出电流采样电路，所述数字信号处理器的信号输出端连接有第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路、第三MOS管驱动电路、第四MOS管驱动电路、第五MOS管驱动电路、第六MOS管驱动电路、第七IGBT管驱动电路、第八IGBT管驱动电路、第九IGBT管驱动电路、第十IGBT管驱动电路。
作为本发明的进一步限定，所述蓄电池电压采样电路的输入端连接在主电路蓄电池输入正极VB上，蓄电池电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号由分压电路分压后经滤波电容滤波，再送给电压跟随器U1A，再经由二极管D1和二极管D2组成的限压器输出给数字信号处理器；所述光伏电池电压采样电路与蓄电池电压采样电路相同。
作为本发明的进一步限定，所述蓄电池电流采样电路的输入端串接在主电路蓄电池输入正极VB与蓄电池之间，所述蓄电池电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U3采样后发送给滤波电路，采样信号滤波后送给电流跟随器U2A，再经由二极管D3、二极管D4组成的限压器输出给数字信号处理器。
作为本发明的进一步限定，所述光伏电池电流采样电路的输入端串接在主电路光伏电池输入正极VS与光伏电池之间，所述光伏电池电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U5采样后发送给滤波电路，采样信号滤波后依次经过电流跟随器U5B、减法器U5A、放大器U5C，再经二极管D5、二极管D6组成的限压器输出给数字信号处理器；所述输出电流采样电路与光伏电池电流采样电路相同。
作为本发明的进一步限定，所述全桥逆变器桥臂中点电压采样电路的输入端连接在全桥逆变器中点上，所述全桥逆变器桥臂中点电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号经分压电路分压后由滤波电路滤波，再发送给电压跟随器U6A，再由二极管D7和二极管D8组成的限压器输出给数字信号处理器。
作为本发明的进一步限定，全桥逆变器电流采样电路的输入端连接在主电路电极点P和电极点Q上，全桥逆变器电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U7采样后进行滤波，滤波后的信号经电流跟随器U8A以及轮廓探测电路，再由二极管D9和二极管D10组成的限压器输出给数字信号处理器。
作为本发明的进一步限定，所所述输出电压采样电路的输入端连接在主电路电极点M和电极点N上，所述输出电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号经采样电阻R21转化为额定值为25mA的电流，经霍尔电压变送器U9变换后将其放大，经低压侧采样电阻R23转化为相应的电压，再经电阻R22电容C10组成的低通滤波器和二极管D12、D13组成的限压器输出给数字信号处理器。
作为本发明的进一步限定，所述数字信号处理器采用dsPIC33FJ64GS606芯片。
本发明在实现主动偏磁抑制时，通过全桥逆变器桥臂中点电压采样电路将全桥逆变器两中点C和D的电压平均值采样后发送给数字信号处理器，数字信号处理器将采样后的两路电压值进行零误差PI调节放大生成原边占空比的增量，加上0.5标幺值后作为原边全桥逆变器的占空比输出，从而实现主动偏磁抑制；同时，通过采用电压外环和峰值电流内环的双闭环模式，双闭环输出为全桥整流器方波调制信号移相角，移相角范围设为-90°~90°，通过调节移相角控制输出电压和功率潮流方向，双向可传递功率大小可以经由电压外环输出值限幅进行控制。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过调节原边逆变器的逆变方波占空比，动态补偿高频变压器原边伏秒值消除偏磁，同时，通过副边输出电压采样和原边电流采样，调节原边逆变器和副边整流器的移相角，实现输出稳压和功率潮流控制。本发明可用于光伏发电中。
附图说明
图1为本发明主电路原理图。
图2为本发明控制电路模块图。
图3为本发明中蓄电池电压采样电路原理图。
图4为本发明中蓄电池电流采样电路原理图。
图5为本发明中光伏电池电流采样电路原理图。
图6为本发明中全桥逆变器桥臂中点电压采样电路原理图。
图7为本发明中全桥逆变器电流采样电路原理图。
图8为本发明中输出电压采样电路原理图。
图9为本发明中偏磁控制逻辑原理图。
图10为本发明中双环控制逻辑原理图。
具体实施方式
如图1-8所示的一种多能源输入电力变换器控制装置，包括主电路和控制电路；
所述主电路包括由双输入端至输出端依次设置的升压电路、双有源桥直流直流变换器以及稳压电容C3，主电路的双输入端分别为光伏电池端VS-G1和蓄电池端VB-G2，主电路电极点P和电极点G之间串接二极管D1和第二MOS管S2，二极管D1和MOS管S2之间的电极点B与光伏电池输入正极VS之间串接有电感L1和保护二极管DB，电感L1和保护二极管DB之间的电极点A与蓄电池输入正极VB之间串接有滤波电容C1，所述电极点A与光伏电池输入负极G1之间串接有滤波电容C2，光伏电池输入负极G1与蓄电池输入负极G2之间串接有MOS管S1，所述升压电路由电感L1、二极管D1以及MOS管S2组成，所述双有源桥直流直流变换器的原边包括第三MOS管S3、第四MOS管S4、第五MOS管S5以及第六MOS管S6，所述第三MOS管S3与主电路电极点Q相连，双有源桥直流直流变换器的副边包括第七IGBT管S7、第八IGBT管S8、第九IGBT管S9以及第十IGBT管S10，所述稳压电容C3串接在主电路电极点M和电极点N之间，所述数字信号处理器采用dsPIC33FJ64GS606芯片；
所述控制电路包括输出端连接在数字信号处理器上的蓄电池电压采样电路、蓄电池电流采样电路、光伏电池电压采样电路、光伏电池电流采样电路、全桥逆变器桥臂中点电压采样电路、全桥逆变器电流采样电路、输出电压采样电路以及输出电流采样电路，所述数字信号处理器的信号输出端连接有第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路、第三MOS管驱动电路、第四MOS管驱动电路、第五MOS管驱动电路、第六MOS管驱动电路、第七IGBT管驱动电路、第八IGBT管驱动电路、第九IGBT管驱动电路、第十IGBT管驱动电路。
所述蓄电池电压采样电路的输入端连接在主电路蓄电池输入正极VB上，蓄电池电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号由分压电路分压后经滤波电容滤波，再送给电压跟随器U1A，再经由二极管D1和二极管D2组成的限压器输出给数字信号处理器；所述光伏电池电压采样电路与蓄电池电压采样电路相同。
所述蓄电池电流采样电路的输入端串接在主电路蓄电池输入正极VB与蓄电池之间，所述蓄电池电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U3采样后发送给滤波电路，采样信号滤波后送给电流跟随器U2A，再经由二极管D3、二极管D4组成的限压器输出给数字信号处理器。
所述光伏电池电流采样电路的输入端串接在主电路光伏电池输入正极VS与光伏电池之间，所述光伏电池电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U5采样后发送给滤波电路，采样信号滤波后依次经过电流跟随器U5B、减法器U5A、放大器U5C，再经二极管D5、二极管D6组成的限压器输出给数字信号处理器；所述输出电流采样电路与光伏电池电流采样电路相同。
所述全桥逆变器桥臂中点电压采样电路的输入端连接在全桥逆变器中点上，所述全桥逆变器桥臂中点电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号经分压电路分压后由滤波电路滤波，再发送给电压跟随器U6A，再由二极管D7和二极管D8组成的限压器输出给数字信号处理器。
全桥逆变器电流采样电路的输入端连接在主电路电极点P和电极点Q上，全桥逆变器电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U7采样后进行滤波，滤波后的信号经电流跟随器U8A以及轮廓探测电路，再由二极管D9和二极管D10组成的限压器输出给数字信号处理器。
所述输出电压采样电路的输入端连接在主电路电极点M和电极点N上，所述输出电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号经采样电阻R21转化为额定值为25mA的电流，经霍尔电压变送器U9变换后将其放大0.4倍，经低压侧采样电阻R23转化为相应的电压，再经电阻R22电容C10组成的低通滤波器和二极管D12、D13组成的限压器输出给数字信号处理器。
偏磁控制原理：如图9所示，通过全桥逆变器桥臂中点电压采样电路将全桥逆变器两中点C和D的电压采样并滤波得平均值后发送给数字信号处理器，信号经过数字信号处理器中的模数转换器转换成数字量后，经过相减运算得到图9中的e，参考值0减去e后的结果通过控制器C，输出即为权利要求8中原边逆变桥占空比的增量Δd。图中C为PI控制器，G为逆变器，H代表图6中采样电路、AD转换及数字量相减的操作。
双环控制原理：如图10所示，Cv为电压控制器，Ci为电流控制器，Gvp为控制移相角到输出电压VMN的传递函数，Gip为控制移相角到输入电流IPQ的传递函数，Hi为全桥逆变器电流采样电路的传递函数，Hv为输出电压采样电路的传递函数。在输出电压VMN控制时，Cv的输出移相角在0～90°之间。如果由于输出端口后级有能量反馈，则Cv之前的电压误差为负，输出移相角自动移至-90～0°之间，功率潮流方向变为负载向电池充电。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，包括主电路和控制电路；
所述主电路包括由双输入端至输出端依次设置的升压电路、双有源桥直流直流变换器以及稳压电容C3，主电路的双输入端分别为光伏电池端VS-G1和蓄电池端VB-G2，主电路电极点P和电极点G之间串接二极管D1和第二MOS管S2，二极管D1和MOS管S2之间的电极点B与光伏电池输入正极VS之间串接有电感L1和保护二极管DB，电感L1和保护二极管DB之间的电极点A与蓄电池输入正极VB之间串接有滤波电容C1，所述电极点A与光伏电池输入负极G1之间串接有滤波电容C2，光伏电池输入负极G1与蓄电池输入负极G2之间串接有MOS管S1，所述升压电路由电感L1、二极管D1以及MOS管S2组成，所述双有源桥直流直流变换器的原边包括第三MOS管S3、第四MOS管S4、第五MOS管S5以及第六MOS管S6，所述第三MOS管S3与主电路电极点Q相连，双有源桥直流直流变换器的副边包括第七IGBT管S7、第八IGBT管S8、第九IGBT管S9以及第十IGBT管S10，所述稳压电容C3串接在主电路电极点M和电极点N之间；
所述控制电路包括输出端连接在数字信号处理器上的蓄电池电压采样电路、蓄电池电流采样电路、光伏电池电压采样电路、光伏电池电流采样电路、全桥逆变器桥臂中点电压采样电路、全桥逆变器电流采样电路、输出电压采样电路以及输出电流采样电路，所述数字信号处理器的信号输出端连接有第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路、第三MOS管驱动电路、第四MOS管驱动电路、第五MOS管驱动电路、第六MOS管驱动电路、第七IGBT管驱动电路、第八IGBT管驱动电路、第九IGBT管驱动电路、第十IGBT管驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，所述蓄电池电压采样电路的输入端连接在主电路蓄电池输入正极VB上，蓄电池电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号由分压电路分压后经滤波电容滤波，再送给电压跟随器U1A，再经由二极管D1和二极管D2组成的限压器输出给数字信号处理器；所述光伏电池电压采样电路与蓄电池电压采样电路相同。
3.根据权利要求1所述的一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，所述蓄电池电流采样电路的输入端串接在主电路蓄电池输入正极VB与蓄电池之间，所述蓄电池电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U3采样后发送给滤波电路，采样信号滤波后送给电流跟随器U2A，再经由二极管D3、二极管D4组成的限压器输出给数字信号处理器。
4.根据权利要求1所述的一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，所述光伏电池电流采样电路的输入端串接在主电路光伏电池输入正极VS与光伏电池之间，所述光伏电池电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U5采样后发送给滤波电路，采样信号滤波后依次经过电流跟随器U5B、减法器U5A、放大器U5C，再经二极管D5、二极管D6组成的限压器输出给数字信号处理器；所述输出电流采样电路与光伏电池电流采样电路相同。
5.根据权利要求1所述的一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，所述全桥逆变器桥臂中点电压采样电路的输入端连接在全桥逆变器中点上，所述全桥逆变器桥臂中点电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号经分压电路分压后由滤波电路滤波，再发送给电压跟随器U6A，再由二极管D7和二极管D8组成的限压器输出给数字信号处理器。
6.根据权利要求1所述的一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，全桥逆变器电流采样电路的输入端连接在主电路电极点P和电极点Q上，全桥逆变器电流采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电流信号经电流传感器U7采样后进行滤波，滤波后的信号经电流跟随器U8A以及轮廓探测电路，再由二极管D9和二极管D10组成的限压器输出给数字信号处理器。
7.根据权利要求1所述的一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，所述输出电压采样电路的输入端连接在主电路电极点M和电极点N上，所述输出电压采样电路的输出端连接在数字信号处理器上，电压信号经采样电阻R21转化为额定值为25mA的电流，经霍尔电压变送器U9变换后将其放大，经低压侧采样电阻R23转化为相应的电压，再经电阻R22电容C10组成的低通滤波器和二极管D12、D13组成的限压器输出给数字信号处理器。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种多能源输入电力变换器控制装置，其特征在于，所述数字信号处理器采用dsPIC33FJ64GS606芯片。
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