專利名稱：一種三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置及并網(wǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃機(jī)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置及并網(wǎng)方法。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)保概念的加強(qiáng)以及可再生能源的廣泛利用，微型燃機(jī)發(fā)電技術(shù)已日益受到重視，
微型燃機(jī)發(fā)電采用潔凈的可再生能源?；贏C/DC/AC的微型燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)提高了發(fā)電系統(tǒng)的 運(yùn)行特性，受到電力行業(yè)的普遍關(guān)注。微型燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)接近終端用戶，而且容量很小，一 般在幾十千瓦到幾十兆瓦，可以孤立供電也可以并網(wǎng)供電，可以直接接在380V或10kV的用 電設(shè)備上。由于微型燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，體積較小，便于移動(dòng)；因此，其常被用于 軍事等特殊領(lǐng)域，這就對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的響應(yīng)速度和發(fā)電質(zhì)量提出了更高的要求。
三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電的并網(wǎng)條件是發(fā)電機(jī)輸出的電壓與電網(wǎng)電壓在幅值、頻率以及 相位上完全相同。三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，這種沖擊嚴(yán)重時(shí)不僅會(huì) 引起電力系統(tǒng)電壓的大幅度下降，還可能對(duì)發(fā)電機(jī)和機(jī)械部件造成損壞。如果并網(wǎng)沖擊時(shí)間 持續(xù)過長，還可能使系統(tǒng)瓦解或威脅其他網(wǎng)掛機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，采用合理的并網(wǎng)方法 是一個(gè)不容忽視的問題。
現(xiàn)有的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)方法及裝置在發(fā)電并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊較大，且 發(fā)電并網(wǎng)速度較慢，影響了發(fā)電的質(zhì)量
發(fā)明內(nèi)容
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針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種可提高發(fā)電并網(wǎng)速度和發(fā)電質(zhì)量，有效降低 發(fā)電并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置及并網(wǎng)方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案， 一種三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置， 包括微處理器、整流電路和逆變器，微型燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的輸出端經(jīng)電能輸入端口與整流電路 的輸入端相連，整流電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，濾波電路的輸出端與IGBT斬波 電路的輸入端相連，IGBT斬波電路的輸出端與逆變器的輸入端相連；所述的微處理器的PWM 輸出接口經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路分別與IGBT斬波電路及逆變器的使能端相連，微處理器的電網(wǎng)饋 電控制信號(hào)接口經(jīng)饋電裝置與電能輸入端口相連；逆變器的輸出端分別與電流互感器、電壓 測(cè)量變壓器及相位協(xié)調(diào)器的輸入端相連，電流互感器、電壓測(cè)量變壓器、發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速檢 測(cè)裝置及網(wǎng)側(cè)電壓相位檢測(cè)裝置的輸出端分別經(jīng)模擬量輸入通道與微處理器的A/D轉(zhuǎn)換模塊 相連；微處理器的相位協(xié)調(diào)控制信號(hào)接口與相位協(xié)調(diào)器的控制端口相連，相位協(xié)調(diào)器的輸出端與電網(wǎng)相連；所述的電壓測(cè)量變壓器的輸出端經(jīng)整形電路分別與鎖相環(huán)倍頻電路的輸入端、
微處理器的捕獲口相連，鎖相環(huán)倍頻電路的輸出端與微處理器的外部中斷引腳相連。
所述的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置的并網(wǎng)方法，包括如下步驟 步驟一進(jìn)行系統(tǒng)初始化；
步驟二對(duì)逆變后的電壓、逆變后的電流、網(wǎng)側(cè)電壓相位和發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)， 并將檢測(cè)的模擬量送入模擬量輸入通道進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；然后，將調(diào)理后的信號(hào)送入微處理器 的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；
步驟三由微處理器將步驟二中得到的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)控制，其中包括網(wǎng)側(cè) 電壓反饋控制、整流側(cè)IGBT斬波控制、相位協(xié)調(diào)控制及逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟蹤控制；
步驟四將進(jìn)行實(shí)時(shí)控制后輸出的電壓并入電網(wǎng)。 步驟三中所述的網(wǎng)側(cè)電壓反饋控制的控制過程如下
根據(jù)檢測(cè)的發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速來判斷是否開啟饋電裝置，若開啟饋電裝置，則發(fā)送電網(wǎng)饋 電控制信號(hào)，從而控制饋電裝置供電量的大小。
步驟三中所述的整流側(cè)IGBT斬波控制的控制過程如下
將檢測(cè)的逆變后的電壓值與實(shí)際電壓給定值比較，所得的電壓差值送入PID控制器進(jìn)行
處理后，輸出PWM控制信號(hào)，控制整流側(cè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。
步驟三中所述的相位協(xié)調(diào)控制的控制過程如下
將檢測(cè)的逆變后的電壓相位與實(shí)際網(wǎng)側(cè)電壓相位比較，輸出相位協(xié)調(diào)控制信號(hào)來控制相 位協(xié)調(diào)器。
步驟三中所述的逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟蹤控制的控制過程如下 將檢測(cè)的逆變后的電壓頻率與給定電壓頻率比較，所得的電壓頻率差值A(chǔ)/ 送入PID控
制器中；同時(shí)，根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)定輸出電流的幅值，將該電流的幅值反相與同步信號(hào) 相乘，所得的信號(hào)與逆變后的電流相比較，所得的電流差值"送入PID控制器中；A/7和^經(jīng)
PID控制器進(jìn)行處理后，輸出PWM控制信號(hào)，控制逆變側(cè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。 本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置以單片機(jī)DSP為主控芯片，并且嵌入了饋電裝置，可提高微型燃 機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電并網(wǎng)的速度。本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)方法中提出了逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟 蹤控制相結(jié)合的控制方法，并且在本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中多處采用濾波穩(wěn)壓裝置，提高了 發(fā)電質(zhì)量，有效地降低了發(fā)電并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。另外，本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中還含有保護(hù)電路，對(duì)發(fā)電并網(wǎng)提供了有效地安全保護(hù)。
使用本發(fā)明的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)方法及裝置，可使三級(jí)無刷微型燃機(jī)輸出的電壓快速達(dá)到并網(wǎng)要求。


圖1為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)方法的程序流程圖
圖2為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)方法中網(wǎng)側(cè)電壓反饋控制的程序流程圖；圖3為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)方法中整流側(cè)IGBT斬波控制的程序流程圖；圖4為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)方法中相位協(xié)調(diào)控制的程序流程圖5為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)方法中逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟蹤控制的程序流程圖6為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置的電路原理框圖7為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中整流側(cè)的電路原理圖8為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中整流側(cè)的控制原理圖9為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中逆變側(cè)的電路原理圖10為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中逆變側(cè)的控制原理圖11為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中整形電路的電路原理圖12為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中鎖相環(huán)倍頻電路的電路原理圖13為本發(fā)明的發(fā)電并網(wǎng)裝置中IGBT驅(qū)動(dòng)電路的電路原理其中，1一IGBT斬波電路，2—整流電路，3—濾波電路，4—電能輸入端口， 5—逆變器，6—微處理器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明
如圖6所示， 一種三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置，包括微處理器、整流電路和逆變器，微型燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的輸出端經(jīng)電能輸入端口與整流電路的輸入端相連，整流電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，濾波電路的輸出端與IGBT斬波電路的輸入端相連，IGBT斬波電路的輸出端與逆變器的輸入端相連；所述的微處理器的PWM輸出接口經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路分別與IGBT斬波電路及逆變器的使能端相連，微處理器的電網(wǎng)饋電控制信號(hào)接口經(jīng)饋電裝置與電能輸入端口相連；逆變器的輸出端分別與電流互感器、電壓測(cè)量變壓器及相位協(xié)調(diào)器的輸入端相連，電流互感器、電壓測(cè)量變壓器、發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置及網(wǎng)側(cè)電壓相位檢測(cè)裝置的輸出端分別經(jīng)模擬量輸入通道與微處理器的A/D轉(zhuǎn)換模塊相連；微處理器的相位協(xié)調(diào)控制信號(hào)接口與相位協(xié)調(diào)器的控制端口相連，相位協(xié)調(diào)器的輸出端與電網(wǎng)相連；所述的電壓測(cè)量變壓器的輸出端經(jīng)整形電路分別與鎖相環(huán)倍頻電路的輸入端、微處理器的捕獲口 CAP1相連，微處理器的捕獲口 CAP1用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)的頻率值；鎖相環(huán)倍頻電路的輸出端與微處理器的外部中斷引腳相連，整形后的信號(hào)經(jīng)鎖相環(huán)倍頻電路倍頻后，用于觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行采樣。
所述的微處理器由單片機(jī)DSP及其外圍電路組成，所述的單片機(jī)DSP的外圍電路包括電源芯片、擴(kuò)展存儲(chǔ)器、晶振和復(fù)位電路等；本發(fā)明所采用的單片機(jī)DSP的型號(hào)為TMS320F2812 (TI)。
如圖6所示，本發(fā)明的27V電源通過電源模塊轉(zhuǎn)換成各種等級(jí)的電源為控制系統(tǒng)供電，包括20V電源、土15V電源；其中，27V電源由蓄電設(shè)備提供。
本發(fā)明所采用的電流互感器的型號(hào)為IS0122P (BB)，本發(fā)明所采用的網(wǎng)側(cè)電壓相位檢測(cè)裝置的型號(hào)為TAG8800 (SFE)，本發(fā)明所采用的相位協(xié)調(diào)器的型號(hào)為20A-400A(TAISEE)，本發(fā)明所采用的發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置的型號(hào)為DT2234B (臺(tái)灣路昌)，本發(fā)明所采用的饋電裝置的型號(hào)為BTA2"00B可控硅。
整流側(cè)的電路原理圖如圖7所示，整流側(cè)的電路可分為整流電路、濾波電路和IGBT斬波電路三部分。從微型燃機(jī)發(fā)電機(jī)組引入三相交流電，經(jīng)電能輸入端口后，由6個(gè)二極管組成的整流電路整流后變?yōu)橹绷麟?。再?jīng)^l波電路進(jìn)行濾波，然后經(jīng)過IGBT斬波電路進(jìn)行斬波，控制輸出直流電流和電壓的大小。其中，電容C1、 C2、 C3與電阻R1、 R2、 R3組成阻容保護(hù)電路；快速熔斷器R4、 R5、 R6、 R7、 R8、 R9組成過流保護(hù)電路；電容C4為大容量極性電解電容，其用來濾除整流之后大的電壓波動(dòng)，電容C5為小容量無極性電容，其用來濾除整流之后小的電壓"毛刺"，電容C6和電阻R11構(gòu)成阻容濾波電路。電阻R10用來在停機(jī)之后放掉大電容C4里存儲(chǔ)的能量，既可以防止在停機(jī)檢修時(shí)出現(xiàn)觸電事故，又可以延緩電容衰老。電阻R12、電容C7和二極管D7構(gòu)成RCD關(guān)斷緩沖電路，并聯(lián)在IGBT兩端。電流經(jīng)過電感Ll和電容C8濾波后，輸出直流電流&和直流電壓C^ 。當(dāng)單片機(jī)DSP的PWM輸出接口輸出驅(qū)動(dòng)控制脈沖信號(hào)使IGBT導(dǎo)通后，電容C8開始充電。在C8的充電過程中，電感L1內(nèi)的電流逐漸增大，存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量也逐漸增加；此時(shí)，續(xù)流二極管D因反向偏置而截止。當(dāng)驅(qū)動(dòng)控制脈沖信號(hào)使IGBT截止時(shí)，Ll中的電流逐漸減小，Ll兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)使續(xù)流二極管D導(dǎo)通，電感L1中存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量便通過續(xù)流二極管D傳遞給負(fù)載。當(dāng)負(fù)載電壓低于電容C8兩端的電壓時(shí)，C8便向負(fù)載放電。在一定的頻率下，通過控制IGBT開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的比值，就可以使輸出電壓趨于某一定值，從而輸出某一定值的直流電流。整流側(cè)的控制原理圖如圖8所示，將逆變后的電壓值與實(shí)際電壓給定值比較，所得的電 壓差值通過PID控制，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，用來控制整流側(cè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)閉。通過對(duì) 發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析，來判斷是否需要從電網(wǎng)反饋電能，即是否需要開啟饋電裝置； 若需要開啟饋電裝置，則輸出電網(wǎng)饋電控制信號(hào)，來控制饋電裝置的運(yùn)行。
逆變側(cè)的電路原理圖如圖9所示，其中，t^為直流側(cè)的電壓，W。、払、払為交流側(cè)的
三相電壓，/。、 A、 ^為交流側(cè)電流，丄。、丄6、丄r為電抗器及線路的電感，及》、凡、iL為
電感中的寄生電阻，e。、 &、 e。為電網(wǎng)側(cè)電壓。逆變器由6個(gè)IGBT組成，電容C9、 CIO、 C1組成T型濾波器，用來提高系統(tǒng)的階數(shù)，降低開關(guān)頻率諧波的輸出阻抗，有利于電流濾 波。
逆變側(cè)的控制原理圖如圖IO所示，逆變側(cè)采用直接頻率控制和電流跟蹤控制相結(jié)合的控
制方法。其中，直接頻率控制主要用來控制輸出電壓的頻率；電流跟蹤控制主要用來改善饋 網(wǎng)電流質(zhì)量，提高并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。
如圖9所示，假定不考慮并網(wǎng)逆變器直流母線兩端的電壓波動(dòng)，三相電網(wǎng)電壓對(duì)稱且穩(wěn)
定，主電路開關(guān)器件為理想開關(guān)元件；根據(jù)基爾霍夫電壓電流定律和三相電壓源型PWM并網(wǎng) 逆變器工作原理，可得PWM逆變器開關(guān)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型為
Lt--h= t/dt(iSk——y &)
Wjfe — /to —厶A:-= ^fc
y= 2 & = 0
「1 (上臂導(dǎo)通，下臂關(guān)斷)
Lo(上臂關(guān)斷，下臂導(dǎo)通)
(1)
(2)
(3)
(4)
式(2)中，忽略A，帶入Ait 得-
(5)
以上各式中k=a,b,C; &為1081的開關(guān)狀態(tài)；！':為網(wǎng)側(cè)給定電流。
由式(5)可得，在改穩(wěn)定的情況下，逆變器的輸出電流&只取決于逆變器的輸出電壓""
根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)定輸出電流的幅值，即為逆變器輸出電流峰值指令 。將T'* 反 相與同步信號(hào)相乘，即可得到相位為零的網(wǎng)側(cè)電流指令信號(hào)。該信號(hào)與逆變后的電流相比較，所得的電流差值A(chǔ)Z'送入PID控制器中。通過對(duì)逆變后電壓檢測(cè)得出逆變后輸出的電壓相位，將其與實(shí)際網(wǎng)側(cè)電壓相位作比較，輸出相位協(xié)調(diào)控制信號(hào)，來控制相位協(xié)調(diào)器。逆變后的電壓經(jīng)電壓測(cè)量變壓器后，再經(jīng)整形電路輸入到DSP的捕獲口， DSP通過捕獲相鄰兩個(gè)上升沿來確定發(fā)電機(jī)的交流電壓頻率。然后與給定電壓頻率p比較，所得的電壓頻率差值與A/經(jīng)PID控制產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，用來對(duì)逆變器的IGBT進(jìn)行控制，已達(dá)到輸出滿意的電壓要求。
整形電路的電路原理圖如圖11所示，電壓測(cè)量變壓器檢測(cè)的交流電壓信號(hào)u經(jīng)過電壓跟隨器U1后，進(jìn)入由放大器U2構(gòu)成的反相滯回比較器，電路的滯回特性提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。放大器U2輸出低電平約為-13V、高電平約為+13V的方波，經(jīng)過光電隔離器后，變?yōu)榈碗娖綖镺V、高電平為3.3V的方波。圖11中反并聯(lián)二極管D8和D9對(duì)放大器U2進(jìn)行輸入保護(hù)，光電隔離器采用型號(hào)為TLP521，其既對(duì)電路進(jìn)行了隔離，又實(shí)現(xiàn)了信號(hào)電平轉(zhuǎn)換。光電隔離器的發(fā)光管能經(jīng)受的最大反向電壓為5V，而放大器U2輸出的最低電壓達(dá)到-13V;因此，在光電隔離器的輸入側(cè)串聯(lián)一個(gè)二極管D10，對(duì)光隔進(jìn)行保護(hù)。最后輸出的方波信號(hào)PLLA被送到DSP的CAP1弓l腳，用于測(cè)量頻率。
鎖相環(huán)倍頻電路的電路原理圖如圖12所示，本發(fā)明采用CMOS集成鎖相環(huán)芯片CD4046和分頻器CD4040配合來實(shí)現(xiàn)32倍精確倍頻的目的。輸入方波信號(hào)PLLA經(jīng)倍頻后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)PLLB，用于觸發(fā)AD采樣。
IGBT驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖如圖13所示，光電隔離器TLP521的驅(qū)動(dòng)模塊EXB841的動(dòng)作電流為10mA,如果電流太小有可能造成其不動(dòng)作，而單片機(jī)DSP的PWM輸出接口只有4mA的輸出驅(qū)動(dòng)能力。為此，需要對(duì)單片機(jī)DSP的PWM輸出接口的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大；所以，在每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊EXB841的輸入端和單片機(jī)DSP的PWM輸出接口之間增加一個(gè)八路反向三態(tài)緩沖器74HC240,用作功率放大。緩沖器74HC240的控制端5gi與單片機(jī)DSP的一個(gè)控制輸出引腳相連，只有緩沖器74HC240的控制端^i有效時(shí)(低電平)，PWM脈沖信號(hào)才能從單片機(jī)DSP經(jīng)過緩沖器74HC240輸入到驅(qū)動(dòng)模塊。當(dāng)單片機(jī)DSP復(fù)位時(shí)，緩沖器74HC240被封鎖，其16腳和18腳輸出低電平，驅(qū)動(dòng)模塊EXB841輸出-5V電壓,IGBT截止。驅(qū)動(dòng)模塊EXB841通過快速二極管DPWM1能夠檢測(cè)到IGBT的過流故障輸出，當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)IGBT過流時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊EXB841自動(dòng)封鎖自身的觸發(fā)脈沖輸出，這時(shí)發(fā)生過流的IGBT會(huì)因?yàn)槭ビ|發(fā)脈沖而截止，待故障電流消失時(shí)，過流信號(hào)也因此不存在了。
如圖1所示，所述的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置的并網(wǎng)方法，包括如下步驟步驟一系統(tǒng)上電后，DSP復(fù)位，系統(tǒng)初始化，其中包括對(duì)系統(tǒng)工作時(shí)鐘的設(shè)置、看門狗的開啟、GPIO引腳的設(shè)置、事件管理器的初始化和各種寄存器的設(shè)置等；
步驟二對(duì)逆變后的電壓、逆變后的電流、網(wǎng)側(cè)電壓相位和發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)的模擬量送入模擬量輸入通道進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；然后，將調(diào)理后的信號(hào)送入微處理器 的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；
步驟三由微處理器將步驟二中得到的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)控制，其中包括網(wǎng)側(cè) 電壓反饋控制、整流側(cè)IGBT斬波控制、相位協(xié)調(diào)控制及逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟蹤控制； 如圖2所示，所述的網(wǎng)側(cè)電壓反饋控制的控制過程如下
根據(jù)檢測(cè)的發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速來判斷是否開啟饋電裝置，若開啟饋電裝置，則發(fā)送電網(wǎng)饋 電控制信號(hào)，從而控制饋電裝置供電量的大小。
如圖3所示，所述的整流側(cè)IGBT斬波控制的控制過程如下-
將檢測(cè)的逆變后的電壓值與實(shí)際電壓給定值比較，所得的電壓差值送入PID控制器進(jìn)行 處理后，輸出PWM控制信號(hào)，控制整流側(cè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。 如圖4所示，所述的相位協(xié)調(diào)控制的控制過程如下
通過電壓測(cè)量變壓器對(duì)逆變后電壓的檢測(cè)，可以確定逆變后的電壓相位，由網(wǎng)側(cè)電壓相 位檢測(cè)裝置檢測(cè)實(shí)際網(wǎng)側(cè)電壓相位；將確定的逆變后的電壓相位與實(shí)際網(wǎng)側(cè)電壓相位比較， 輸出相位協(xié)調(diào)控制信號(hào)來控制相位協(xié)調(diào)器，以達(dá)到輸出電壓與電網(wǎng)電壓在相位上的一致。
如圖5所示，所述的逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟蹤控制的控制過程如下-
將檢測(cè)的逆變后的電壓頻率與給定電壓頻率比較，所得的電壓頻率差值A(chǔ)/ 送入PID控
制器中；同時(shí)，根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)定輸出電流的幅值，將該電流的幅值反相與同步信號(hào) 相乘，即可得到相位為零的網(wǎng)側(cè)電流指令信號(hào)，將該信號(hào)與逆變后的電流相比較，所得的電 流差值J送入PID控制器中；A; 和"經(jīng)PID控制器進(jìn)行處理后，輸出PWM控制信號(hào)，控
制逆變側(cè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。
步驟四將進(jìn)行實(shí)時(shí)控制后輸出的合格的端電壓并入電網(wǎng)。
實(shí)施例
現(xiàn)以75KW中頻微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)為例。
75KW中頻微型燃機(jī)為三相四線制，但機(jī)組不對(duì)負(fù)載引出中線；因此，以下提到的電壓 均為線電壓。其中，額定電壓208V,額定功率75KW，最大功率82.5KW，額定功率因數(shù)為 0.7,額定頻率為400Hz。直流供電電源采用27V蓄電池。
中頻微型燃機(jī)輸出電流反饋，電流互感器變比為90: 1;輸出電壓反饋，電壓測(cè)量變壓
器變比為17: 1。為了縮短發(fā)電機(jī)發(fā)電并網(wǎng)時(shí)間，根據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速通過饋電裝置從網(wǎng)側(cè)饋入適
當(dāng)電能，提高了發(fā)電并網(wǎng)的響應(yīng)速度。通過本發(fā)明的控制，75KW中頻微型燃機(jī)能夠輸出優(yōu) 質(zhì)的電壓，適合并網(wǎng)，有效地降低了發(fā)電并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。
權(quán)利要求
1、一種三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置，其特征在于，包括微處理器、整流電路和逆變器，微型燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的輸出端經(jīng)電能輸入端口與整流電路的輸入端相連，整流電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，濾波電路的輸出端與IGBT斬波電路的輸入端相連，IGBT斬波電路的輸出端與逆變器的輸入端相連；所述的微處理器的PWM輸出接口經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路分別與IGBT斬波電路及逆變器的使能端相連，微處理器的電網(wǎng)饋電控制信號(hào)接口經(jīng)饋電裝置與電能輸入端口相連；逆變器的輸出端分別與電流互感器、電壓測(cè)量變壓器及相位協(xié)調(diào)器的輸入端相連，電流互感器、電壓測(cè)量變壓器、發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置及網(wǎng)側(cè)電壓相位檢測(cè)裝置的輸出端分別經(jīng)模擬量輸入通道與微處理器的A/D轉(zhuǎn)換模塊相連；微處理器的相位協(xié)調(diào)控制信號(hào)接口與相位協(xié)調(diào)器的控制端口相連，相位協(xié)調(diào)器的輸出端與電網(wǎng)相連；所述的電壓測(cè)量變壓器的輸出端經(jīng)整形電路分別與鎖相環(huán)倍頻電路的輸入端、微處理器的捕獲口相連，鎖相環(huán)倍頻電路的輸出端與微處理器的外部中斷引腳相連。
2、 權(quán)利要求1所述的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置的并網(wǎng)方法，其特征在于，包括如 下步驟步驟一進(jìn)行系統(tǒng)初始化；步驟二對(duì)逆變后的電壓、逆變后的電流、網(wǎng)側(cè)電壓相位和發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)， 并將檢測(cè)的模擬量送入模擬量輸入通道進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；然后，將調(diào)理后的信號(hào)送入微處理器 的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；步驟三由微處理器將步驟二中得到的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)控制，其中包括網(wǎng)側(cè) 電壓反饋控制、整流側(cè)IGBT斬波控制、相位協(xié)調(diào)控制及逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟蹤控制；步驟四將進(jìn)行實(shí)時(shí)控制后輸出的電壓并入電網(wǎng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置的并網(wǎng)方法，其特征在于步驟 三中所述的網(wǎng)側(cè)電壓反饋控制的控制過程如下根據(jù)檢測(cè)的發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速來判斷是否開啟饋電裝置，若開啟饋電裝置，則發(fā)送電網(wǎng)饋 電控制信號(hào)，從而控制饋電裝置供電量的大小。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置的并網(wǎng)方法，其特征在于步驟 三中所述的整流側(cè)IGBT斬波控制的控制過程如下將檢測(cè)的逆變后的電壓值與實(shí)際電壓給定值比較，所得的電壓差值送入PID控制器進(jìn)行 處理后，輸出PWM控制信號(hào)，控制整流側(cè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置的并網(wǎng)方法，其特征在于步驟 三中所述的相位協(xié)調(diào)控制的控制過程如下將檢測(cè)的逆變后的電壓相位與實(shí)際網(wǎng)側(cè)電壓相位比較，輸出相位協(xié)調(diào)控制信號(hào)來控制相位協(xié)調(diào)器。
6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置的并網(wǎng)方法，其特征在于步驟三中所述的逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟蹤控制的控制過程如下將檢測(cè)的逆變后的電壓頻率與給定電壓頻率比較，所得的電壓頻率差值A(chǔ)戶送入PID控制器中；同時(shí)，根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)定輸出電流的幅值，將該電流的幅值反相與同步信號(hào)相乘，所得的信號(hào)與逆變后的電流相比較，所得的電流差值A(chǔ)Z'送入PID控制器中；^p和AZ'經(jīng)PID控制器進(jìn)行處理后，輸出PWM控制信號(hào)，控制逆變側(cè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。
全文摘要
三級(jí)無刷微型燃機(jī)發(fā)電并網(wǎng)裝置及并網(wǎng)方法屬于燃機(jī)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明可提高并網(wǎng)速度和發(fā)電質(zhì)量，有效降低并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊。本發(fā)明的裝置包括微處理器，微型燃機(jī)的輸出端經(jīng)整流電路、濾波電路與IGBT斬波電路相連，IGBT斬波電路與逆變器相連；PWM輸出接口經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路與IGBT斬波電路及逆變器的使能端相連，電網(wǎng)饋電控制信號(hào)經(jīng)饋電裝置與電能輸入端口相連；檢測(cè)裝置經(jīng)模擬量輸入通道與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連；相位協(xié)調(diào)控制信號(hào)與相位協(xié)調(diào)器相連；電壓測(cè)量變壓器經(jīng)整形電路與鎖相環(huán)倍頻電路、捕獲口相連，鎖相環(huán)倍頻電路與微處理器的外部中斷引腳相連。本發(fā)明的并網(wǎng)方法采用網(wǎng)側(cè)電壓反饋控制、整流側(cè)IGBT斬波控制、相位協(xié)調(diào)控制及逆變側(cè)直接頻率控制和電流跟蹤控制。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101667736SQ200910187948
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者鐵 劉, 孫仁財(cái), 孫宏彬, 孫秋野, 孟祥萍, 張化光, 珺 楊, 楊東升, 王迎春, 趙慶杞 申請(qǐng)人:東北大學(xué)