專利名稱：載波幅值可調(diào)的pfc升壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種風(fēng)力發(fā)電電力電子技術(shù)領(lǐng)域的AC/DC變換器，具體是載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及小水電等分布式發(fā)電系統(tǒng)在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中的比例逐步上升。永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一種重要的風(fēng)力發(fā)電形式，其機(jī)側(cè)多采用不控整流和升壓斬波的結(jié)構(gòu)。由于二極管不控整流橋的非線性特性，將使得機(jī)側(cè)電流發(fā)生嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，增加功率損耗，減少機(jī)組壽命，降低系統(tǒng)效率。另夕卜，風(fēng)速一般較低時(shí)，直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也較低，發(fā)出電壓不高，將會(huì)使風(fēng)電機(jī)組處于待機(jī)狀態(tài)，降低系統(tǒng)效率。而風(fēng)力發(fā)電中載波幅值可調(diào)的PFC電路可使直流側(cè)電壓升 高，效率提升，由于其電路簡(jiǎn)單，控制容易，效果顯著，具有良好的應(yīng)用前景。綜上所述，傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)側(cè)采用二極管不控整流橋，諧波較大，損耗多，且風(fēng)速較低時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組待機(jī)，無(wú)法滿足風(fēng)力發(fā)電的高效要求。隨著實(shí)踐應(yīng)用的擴(kuò)大，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能全面、高輸入功率因數(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已成為本領(lǐng)域研究人員的當(dāng)務(wù)之急。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路，使其達(dá)到單位輸入功率因數(shù)，減少電流諧波，提高輸出電壓，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括風(fēng)電機(jī)組、變壓器、單位功率因數(shù)電路，風(fēng)電機(jī)組的輸出端與變壓器的輸入端相連，變壓器的輸出端與單位功率因數(shù)電路的輸入端相連。所述的風(fēng)電機(jī)組為永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。所述的永磁同步發(fā)電機(jī)組為直驅(qū)的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，輸出端與變壓器的輸入端相連。所述的變壓器為SCOTT變壓器，SCOTT變壓器的四個(gè)交流輸出端子分別于單位功率因數(shù)電路的四個(gè)交流輸入端子相連。所述的單位功率因數(shù)電路包括兩個(gè)PFC功率電路和PFC控制電路。所述的PFC功率電路為BOOST升壓斬波的PFC電路，輸出端并聯(lián)或者串聯(lián)，輸出高壓直流電。所述的PFC控制電路為載波幅值變化的功率因數(shù)校正電路，輸出直流電壓參考值與兩個(gè)PFC電路的實(shí)際值經(jīng)減法器相減，經(jīng)過誤差濾波器放大后，電壓外環(huán)產(chǎn)生控制量，再通過乘法器與標(biāo)準(zhǔn)鋸齒載波相乘，得到變幅值的鋸齒載波，其次再與檢測(cè)的各電感電流進(jìn)行比較產(chǎn)生原始置位脈沖，分別送入兩個(gè)RS觸發(fā)器(雙穩(wěn)觸發(fā)器)，同時(shí)RS觸發(fā)器的復(fù)位端接收與準(zhǔn)鋸齒載同步的復(fù)位信號(hào)，最終得到兩路驅(qū)動(dòng)脈沖。本實(shí)用新型中，兩個(gè)PFC功率電路的輸出端并聯(lián)，提高PFC功率電路的輸出功率等級(jí)。兩個(gè)PFC功率電路的輸出端串聯(lián)，提高PFC功率電路的輸出電壓值。PFC控制電路采樣輸出電壓、第一 PFC功率電路與第二 PFC功率電路的直流母線電流，在幅值可調(diào)的PFC控制電路的控制下輸出PWM脈沖，分別輸入到兩個(gè)PFC功率電路的驅(qū)動(dòng)器，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)功率器件，使得兩相都工作于單位功率因數(shù)狀態(tài)下，從而發(fā)電機(jī)側(cè)也工作于單位功率因數(shù)狀態(tài)。電壓經(jīng)過SCOTT變壓器和BOOST升壓斬波電路升壓后，電壓較高，使得后級(jí)的并網(wǎng)逆變器正常工作，從而形成永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的PFC整流電路。本實(shí)用新型根據(jù)SCOTT變壓器可將三相交流電壓變換為兩相正交的交流電壓、PFC升壓斬波電路可以獲得單位輸入功率因數(shù)的原理，制定了永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的PFC整流電路，可以實(shí)現(xiàn)低壓交流輸入-高壓直流輸出，并獲得單位功率因數(shù)，克服直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)電壓較低，不能在低風(fēng)速下運(yùn)行的缺點(diǎn)，適合永磁同步直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制方便等優(yōu)點(diǎn)，有重要的應(yīng)用價(jià)值。本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電中單相PFC 輸出并聯(lián)的升壓電路具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎等特征，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等有點(diǎn)。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例I的電路原理圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例I如圖I所示，本實(shí)施例提供一種風(fēng)力發(fā)電中單相PFC輸出并聯(lián)的升壓電路，包括風(fēng)電機(jī)組I、變壓器2、單位功率因數(shù)電路，風(fēng)電機(jī)組的輸出端與SCOTT變壓器的三個(gè)交流輸入端相連，SCOTT變壓器的四個(gè)交流輸出端與單位功率因數(shù)電路的四個(gè)交流輸入端相連，單位功率因數(shù)電路的輸出端為高壓直流電。所述的風(fēng)電機(jī)組包括組成永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)TuI、機(jī)械軸、永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)MGl等部件，永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端與SCOTT變壓器的三個(gè)交流輸入端相連。所述的風(fēng)力機(jī)Tul為變槳距風(fēng)力機(jī)。 所述的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)為常用的永磁同步電機(jī)。所述的變壓器2為SCOTT變壓器。所述的單位功率因數(shù)電路包括兩個(gè)PFC功率電路3、4和PFC控制電路5。所述的PFC功率電路3包括濾波電容Cl、二極管不控整流橋BI、升壓電感LI、功率器件SI、二極管DI、驅(qū)動(dòng)器Dr I、電解電容EI、穩(wěn)定電阻Rl、測(cè)流電阻R3。所述的PFC功率電路4包括濾波電容C2、二極管不控整流橋B2、升壓電感L2、功率器件S2、二極管D2、驅(qū)動(dòng)器Dr2、電解電容E2、穩(wěn)定電阻R2、測(cè)流電阻R4。[0026]所述的PFC功率電路3和PFC功率電路4的輸出端并聯(lián)，輸出直流電壓。所述的PFC控制電路為載波幅值變化的功率因數(shù)校正電路。輸出直流電壓參考值與兩個(gè)PFC功率電路的實(shí)際值經(jīng)減法器相減，經(jīng)過誤差濾波器放大后，電壓外環(huán)產(chǎn)生控制量，再通過乘法器與標(biāo)準(zhǔn)鋸齒載波相乘，得到變幅值的鋸齒載波，其次再與檢測(cè)的各電感電流進(jìn)行比較產(chǎn)生原始置位脈沖，分別送入兩個(gè)雙穩(wěn)觸發(fā)器，同時(shí)觸發(fā)器的復(fù)位端接收與準(zhǔn)鋸齒載同步的復(fù)位信號(hào)，最終得到兩路驅(qū)動(dòng)脈沖。所述的電容Cl、C2為交流電容，低壓型，2. O μ F/1200V。所述的不控整流橋BI、Β2為二極管不控整流橋。所述的升壓電感LI、L2為非晶體材料，采用平面結(jié)構(gòu)，感值為750 μ H。所述的功率器件SI、S2為IGBT 1200V/75A/100°C，開關(guān)頻率為IOkHz。所述的二極管Dl、D2為反向快恢復(fù)型二極管。所述的驅(qū)動(dòng)器Drl、Dr2為IGBT集成驅(qū)動(dòng)器。所述的電解電容El、E2為鋁電解電容，各自兩并兩串，單只參數(shù)2200 μ F/450V。所述的穩(wěn)定電阻Rl、R2為插件電阻，阻值為120k Q/5W。所述的測(cè)流電阻R3、R4為水泥電阻，阻值為O. 015 Ω。本實(shí)施例中，輸入風(fēng)速為2 20m/s，風(fēng)力機(jī)槳葉半徑為15m，輸出直流電壓為690V，最大輸出功率為20kW。所有元器件均采用高精度。本實(shí)施例通過以下方式進(jìn)行工作風(fēng)力機(jī)組I將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能通過機(jī)軸驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，輸出三相交流正弦電壓，三相對(duì)稱交流正弦電壓輸入到SCOTT變壓器2的三個(gè)三相交流輸入端子，由四個(gè)兩相交流輸出端子輸出兩個(gè)互相正交的交流正弦電壓，這兩相電壓分別輸出到兩個(gè)完全相同的PFC功率電路3、4的輸入端。在第一個(gè)PFC功率電路3中,第一相電壓經(jīng)過第一濾波電容濾波后,輸出到第一二極管不可控整流橋的兩個(gè)交流輸入端子，兩個(gè)直流端輸出直流電壓，該電壓經(jīng)過第一升壓電感、第一功率器件、第一二極管與第一穩(wěn)壓電容構(gòu)成的BOOST升壓斬波電路后得到較高的直流電壓。在第二個(gè)PFC功率電路4中，第二相電壓經(jīng)過第二濾波電容濾波后，輸出到第二二極管不可控整流橋的兩個(gè)交流輸入端子，兩個(gè)直流輸出端子輸出直流電壓，該電壓經(jīng)過第二升壓電感、第二功率器件、第二二極管與第二穩(wěn)壓電容構(gòu)成的BOOST升壓斬波電路后得到較高的直流電壓。PFC控制電路5采樣輸出電壓、第一 PFC功率電路3與第二 PFC功率電路4的直流母線電流，在幅值可調(diào)的PFC控制電路5的控制下輸出PWM脈沖，分別輸入到兩個(gè)PFC功率電路3、4的驅(qū)動(dòng)器，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)功率器件，使得兩相都工作于單位功率因數(shù)狀態(tài)下，從而發(fā)電機(jī)側(cè)也工作于單位功率因數(shù)狀態(tài)。電壓經(jīng)過SCOTT變壓器和BOOST升壓斬波電路升壓后，電壓較高，使得后級(jí)的并網(wǎng)逆變器正常工作，從而形成永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的PFC整流電路。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例提供一種風(fēng)力發(fā)電中單相PFC輸出串聯(lián)的升壓電路，包括風(fēng)電機(jī)組I、變壓器2、單位功率因數(shù)電路，風(fēng)電機(jī)組的輸出端與SCOTT變壓器的三個(gè)交流輸入端相連，SCOTT變壓器的四個(gè)交流輸出端與單位功率因數(shù)電路的四個(gè)交流輸入端相連，單位功率因數(shù)電路的輸出端為高壓直流電。與實(shí)施例I不同的是[0042](I)本實(shí)施例中，PFC功率電路的輸出端串聯(lián)，可以成倍輸出直流電壓，適合在更低的風(fēng)速下發(fā)電運(yùn)行；(2)PFC功率電路進(jìn)行了修改，包含了一個(gè)均壓網(wǎng)絡(luò)，在該均壓網(wǎng)絡(luò)之前設(shè)置了兩個(gè)電壓比較、誤差濾波放大器，可以使得PFC功率電路的輸出均壓。本實(shí)施例中，輸入風(fēng)速為2 20m/s，風(fēng)力機(jī)槳葉半徑為15m，輸出直流電壓為690V，最大輸出功率為20kW。所有元器件均采用高精度。其他沒有說明的內(nèi)容均可以采用實(shí)施例I所述方式。本實(shí)用新型采用SCOTT變壓器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的三相對(duì)稱電壓變換為兩相正交電壓，實(shí)現(xiàn)電壓的3/2變換，再采用兩個(gè)獨(dú)立的PFC控制 此兩相電流分別與兩相電壓同相位，同時(shí)具有單位功率因數(shù)，根據(jù)SCOTT變壓器的特性，可在機(jī)側(cè)獲得三相對(duì)稱的與三相電壓同相位的電流，同時(shí)整個(gè)電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，檢測(cè)電量和被控電量少，控制電路使用載波幅值可調(diào)的方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，已獲得仿真分析和實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證。電壓經(jīng)過SCOTT變壓器和PFC升壓斬波電路得到高電壓，SCOTT變壓器也可以設(shè)計(jì)成升壓變壓器，使風(fēng)電機(jī)組在較低風(fēng)速下也可以工作，兩相電壓整流后的直流電壓并聯(lián)或串聯(lián)，可提高輸出功率等級(jí)或電壓值。而現(xiàn)有的方案的不足是(I)機(jī)側(cè)采用二極管不控整流橋，電流諧波大，不能實(shí)現(xiàn)機(jī)側(cè)的單位功率因數(shù)，引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。(2)風(fēng)速低時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓較低，只采用一級(jí)直流升壓電路不能完全解決該問題。不能適應(yīng)智能電網(wǎng)的要求。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求1.一種載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路，包括風(fēng)電機(jī)組、變壓器、單位功率因數(shù)電路，風(fēng)電機(jī)組的輸出端與變壓器的輸入端相連，變壓器的輸出端與單位功率因數(shù)電路的輸入端相連，其特征在于所述的風(fēng)電機(jī)組為永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；所述的單位功率因數(shù)電路為兩個(gè)PFC功率電路和一個(gè)PFC控制電路，兩個(gè)PFC功率電路的輸入端連接變壓器輸出端，兩個(gè)PFC功率電路的輸出端并聯(lián)或串聯(lián)，輸出直流電壓；所述的PFC控制電路為載波幅值變化的功率因數(shù)校正電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路，其特征是，所述的永磁同步發(fā)電機(jī)組為直驅(qū)的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，輸出端與變壓器的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路，其特征是，所述的變壓器為SCOTT變壓器，SCOTT變壓器的四個(gè)交流輸出端子分別于單位功率因數(shù)電路的四個(gè)交流輸入端子相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路，其特征是，所述的PFC功率電 路為BOOST升壓斬波的PFC電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路，其特征是，所述的PFC控制電路，輸出直流電壓參考值與兩個(gè)PFC功率電路的實(shí)際值經(jīng)減法器相減，經(jīng)過誤差濾波器放大后，電壓外環(huán)產(chǎn)生控制量，再通過乘法器與標(biāo)準(zhǔn)鋸齒載波相乘，得到變幅值的鋸齒載波，其次再與檢測(cè)的各電感電流進(jìn)行比較產(chǎn)生原始置位脈沖，分別送入兩個(gè)RS觸發(fā)器，同時(shí)RS觸發(fā)器的復(fù)位端接收與準(zhǔn)鋸齒載同步的復(fù)位信號(hào)，最終得到兩路驅(qū)動(dòng)脈沖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路，其特征是，兩個(gè)PFC功率電路的輸出端串聯(lián)時(shí)，所述PFC控制電路進(jìn)一步包含一個(gè)均壓網(wǎng)絡(luò)，在該均壓網(wǎng)絡(luò)之前設(shè)置兩個(gè)電壓比較、誤差濾波放大器。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種載波幅值可調(diào)的PFC升壓電路，包括風(fēng)電機(jī)組、變壓器、單位功率因數(shù)電路，風(fēng)電機(jī)組的輸出端與變壓器的三個(gè)交流輸入端相連。變壓器為SCOTT變壓器，變壓器的四個(gè)交流輸出端與單位功率因數(shù)電路的四個(gè)交流輸入端對(duì)應(yīng)相連；單位功率因數(shù)電路包括兩個(gè)PFC功率電路和一個(gè)PFC控制電路，兩個(gè)PFC功率電路的輸出端并聯(lián)或串聯(lián)，輸出直流電壓；采用載波幅值可調(diào)的控制電路，產(chǎn)生的PWM脈沖驅(qū)動(dòng)兩個(gè)功率開關(guān)。本實(shí)用新型輸出穩(wěn)定的直流電壓，同時(shí)在機(jī)側(cè)產(chǎn)生單位輸入功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)壓能力，克服風(fēng)速較低時(shí)風(fēng)電機(jī)組待機(jī)的不足，另外直流側(cè)兩個(gè)PFC功率電路輸出并聯(lián)，提高功率等級(jí)，通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H02M3/155GK202435291SQ20112056175
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者李華武, 楊喜軍, 馬紅星 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)