[发明专利]一种双工作模式的双向逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及逆变器，尤其涉及一种双工作模式的双向逆变器。

背景技术

近年来，分布式发电作为一种新型的发电方式，越来越受到人们的关注。分布式发电的意义在环境保护、节约能源、能源利用多样化等方面得到了充分的体现。分布式发电可以充分利用清洁能源，如微型燃气轮机、太阳能、风能、潮汐能、地热能、生物废料能等。同时还可以解决边远地区的供电问题，成为了现有电力供应的很好的补充，具有巨大的发展潜力。

目前，分布式发电所应用的逆变器主要有两种运行模式：一种是并网运行模式，另一种是独立运行模式。

并网工作模式是指时三相逆变器将电能量直接输送到三相电网，其控制目标为并网电流，通过控制电流大小以及同三相电压的相位关系来控制并网有功、无功功率的大小。

并网模式逆变器硬件拓扑结构如图1所示，该逆变器主回路拓扑由5个部分组成，分别是直流滤波电容11、功率模块12、交流电抗器1流滤波电容14、预充电电阻15共同组成，预充电电阻15中是并联在交流母线上的，交流母线上还设有预充电接触器17。图1中还包含三相交流电网16。

并网模式逆变器工作过程是预充电电阻15首先接通，为直流滤波电容11进行限流充电，随后预充电接触器17闭合，形成交流母线回路。功率模块2受控制系统PWM信号控制完成斩波输出，控制交流电抗器13两端电压，从而控制交流电抗器中流过的电流的大小、相位，完成并网电流控制。随后并网电流经过交流滤波电容14滤除三相电流中的高频分量，降低并网电流的谐波含量。

独立工作模式是指时三相逆变器直接带负载运行，其控制目标为输出三相电压的幅值为220V，三相电压相位互差120度。且在额定负载范围内均能保持该状态运行。

独立模式逆变器硬件拓扑结构如图2所示，该逆变器主回路拓扑由5个部分组成，分别是直流滤波电容21、功率模块22、交流电抗器23、交流滤波电容24、阻尼电阻25共同组成。图2中还包含负载26。

独立模式逆变器工作过程如下：直流滤波电容21滤除直流母线中的低频交流分量，功率模块22受控制系统PWM信号控制完成斩波输出，从而控制功率模块22端口的交流输出电压的幅值、相位。该电压通过交流电抗器23和交流滤波电容24组成的LC滤波器后滤除其中的高频分量，为负载6提供高品质的220V、50Hz三相交流电压输出。当负载6很小时，为保证控制系统的稳定，在三相交流母线中接入了阻尼电25，保证该系统最小输出，提高交流电流的稳定性。

目前国内文献中也曾有人提出过将现有两种逆变器合并，从而实现并网模式和独立模式间相互切换的控制方式即双模式控制，但大多采用共用直流电容的设计方案，硬件拓扑结构如图3所示。其中只有直流滤波电容1为共用单元，其余各部分硬件系统与前述两种模式相类似，相当于具备多种模式的逆变器采用各自独立的拓扑结构，这就造成逆变器的功率密度降低，成本较高，不利于产品的推广。

发明内容

由于目前市场上的逆变器大多只有一种工作模式，而双模式逆变器的器件繁多，成本较高，因而提出本发明双工作模式的双向逆变器，本发明可以实现并网模式、独立模式两种控制功能。此外通过共用逆变器功率模块，共用逆变器输出电抗器以及滤波电路，大大减少了器件使用量，降低成本40%以上。

为了解决上述技术效果，本发明是这样实现的：

本发明公开了一种双模式逆变器，应用于分布式发电领域，用以解决现有装置中同一逆变器装置不能实现并网模式输出和独立模式输出的问题。包括：再并网模式逆变器中增加零线桥臂模块；共用交流电抗器、滤波器设计、增加了预充电单元，同时软件上采用双模式控制。使用本发明之后，可以实现同一逆变器硬件拓扑同时实现并网、独立两种模式运行的控制策略。大大降低了传统逆变器采用两套独立硬件的高昂成本，同时满足了分布式发电的要求。

该双工作模式的双向逆变器，包括直流滤波电容、功率模块、交流电抗器、交流滤波电容、预充电电路和电网断路器；

直流母线通过直流滤波电容连接功率模块，功率模块连接交流母线，交流母线上依次连接交流电抗器、交流滤波电容和预充电电路，然后交流母线直接连接负载并且通过电网断路器连接三相交流电网；

功率模块采用四桥臂结构，其引出四路交流母线，分别是三相交流电A、B、C和零线交流电；

交流电抗器包括四个电抗，分别串联在四路交流母线中；

交流滤波电容包括三个电容，相互成星形连接后，三个自由端连接在其中三相交流电A、B、C的线路上，星形连接处引出一线路连接零线交流电；