《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》是廣東志成冠軍集團有限公司和華中科技大學於2013年7月11日申請的發明專利，該專利的申請號為，公布號為CN103401266A，授權公布日為2013年11月20日，發明人是張宇、周志文、李民英、王振華、李署明。
《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》所述方法包括：所述數位訊號處理器向處於閉合狀態的所述反並聯可控矽發出關斷信號，所述數位訊號處理器根據檢測到的通過所述濾波電感的電流的方向，反向給定控制量限幅值，並輸出所述控制量限幅值給所述脈衝發生單元，所述脈衝發生單元根據所述控制量限幅值生成調製波，將所述調製波輸入至所述驅動單元，所述驅動單元連線逆變器的控制邏輯，控制逆變器的輸出電流，迫使所述反並聯可控矽的電流換流，以關斷所述反並聯可控矽。該發明實現了逆變器從併網模式到離網模式的快速切換，保證了從併網模式到離網模式的切換過程中本地負載的不間斷供電。
2016年12月7日，《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法
- 公布號：CN103401266A
- 公布日：2013年11月20日
- 申請號：2013102917877
- 申請日：2013年7月11日
- 申請人：廣東志成冠軍集團有限公司、華中科技大學
- 地址：廣東省東莞市塘廈鎮田心工業區廣東志成冠軍集團有限公司
- 發明人：張宇、周志文、李民英、王振華、李署明
- Int.Cl.：H02J3/38(2006.01)I
- 代理機構：北京品源專利代理有限公司
- 代理人：胡彬
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著對供電可靠性要求的不斷提高，當電網解列時，併網逆變器被期望能夠與電網斷開並獨立運行，為本地關鍵負載供電，故併網逆變器一般都有併網運行和離網運行兩種工作模式。當併網逆變器兩種模式進行切換時，為保證本地負載的不間斷供電，衍生出了無縫切換的概念。
併網逆變器通常採用反並聯可控矽作為模式切換的切換開關。併網逆變器運行於併網模式時，控制模式一般採用電流控制，反並聯可控矽處於閉合狀態從而本地負載電壓由電網提供；當併網逆變器運行於離網模式時，反並聯可控矽處於斷開狀態，控制系統通常為電壓控制，可保證本地負載對電壓幅值和頻率的要求；當電網發生短路故障時，因電壓源不能短路故併網逆變器必須先關斷使逆變器脫離電網，再把控制模式從併網電流反饋控制轉為離網電壓反饋控制。反並聯可控矽控制系統可控制其開通，但必須使其通過的電流換流才可使其關斷。故如何通過反並聯可控矽的電流快速過零從而關斷反並聯可控矽成為實現逆變器併網-離網無縫切換的關鍵問題之一。
人們圍繞如何使通過反並聯可控矽的電流快速換流的問題設計出了多種換流策略，如電流自然過零換流、基於電壓幅值調節或相位調節的強迫換流、基於電壓瞬時值調節的強迫換流以及基於電流調節的強迫換流等。上述方法有的方法切換時間太長，無法保障負載供電的連續性，有的方法無法適應電網嚴重故障下的模式切換，有的方法需要額外增加感測器。
發明內容
專利目的
《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》的目的在於提供一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法，來解決以上技術問題。
技術方案
第一方面，《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提供一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，包括：數位訊號處理器、脈衝發生單元、驅動單元和反並聯可控矽；其中，所述數位訊號處理器，用於在電網電源發生故障時，根據檢測到的通過逆變器的濾波電感的電流的方向，反向給定控制量限幅值並輸出所述控制量限幅值給所述脈衝發生單元；所述脈衝發生單元，用於根據所述控制量限幅值生成調製波，將所述調製波輸入至所述驅動單元；所述驅動單元，用於根據所述調製波驅動逆變器輸出，使通過所述反並聯可控矽的電流換流。
所述實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置還包括電感電流感測器，所述數位訊號處理器包括電感電流控制器；所述電感電流感測器的輸入端連線所述濾波電感的一端，用於檢測通過所述濾波電感的電流，所述電感電流感測器的輸出端連線所述電感電流控制器，所述電感電流控制器用於在併網模式下控制通過所述濾波電感的電流。
優選的，所述數位訊號處理器還包括滯環控制器和周期暫存器，所述周期暫存器為定時器，所述滯環控制器的輸入端與所述電感電流感測器的輸出端連線，所述滯環控制器的輸出端與所述脈衝發生單元的輸入端連線，用於根據所述檢測到的通過逆變器的濾波電感的電流的方向，反向給定控制量限幅值並輸出至所述脈衝發生單元，所述脈衝發生單元根據所述控制量限幅值和所述周期暫存器的值生成調製波。
所述實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置還包括逆變電壓感測器，所述數位訊號處理器還包括逆變電壓控制器；所述逆變電壓感測器的輸入端連線逆變器的濾波電容兩端，用於採樣所述濾波電容的電壓，所述逆變電壓感測器的輸出端連線所述逆變電壓控制器的輸入端，所述逆變電壓控制器用於在離網模式下控制逆變器的逆變輸出電壓。
優選的，所述數位訊號處理器還包括電感電流控制器、電網故障檢測單元、模式切換開關及數位訊號處理控制單元，在逆變器的交流側還設定有電網電壓感測器和電網電源。
所述滯環控制器的輸出端通過所述模式切換開關與所述脈衝發生單元的輸入端連線；
所述電感電流控制器的輸入端分別與所述電感電流感測器的輸出端及電網電壓感測器的輸出端連線，所述電感電流控制器的輸出端通過所述模式切換開關連線到所述脈衝發生單元的輸入端；
所述逆變電壓控制器的輸入端分別與所述電感電流感測器及逆變電壓感測器連線，所述逆變電壓控制器的輸出端通過所述模式切換開關連線到所述脈衝發生單元的輸入端；
所述電網電壓感測器的輸入端連線電網電源，用於採樣電網電源的電壓信號，所述電網電壓感測器的輸出端連線所述電感電流控制器的輸入端，所述電網電壓感測器和所述電感電流控制器的中間還連線有鎖相環，所述電網故障檢測單元連線所述鎖相環的輸出端，用於檢測電網電源電壓是否大於所述電網故障檢測單元預先設定的數值；
所述模式切換開關為多選一的開關電路，所述模式切換開關的一端分別連線所述電感電流控制器的輸出端、所述逆變電壓控制器的輸出端和所述滯環控制器的輸出端，所述模式切換開關的另一端連線到所述脈衝發生單元的輸入端，通過所述數位訊號處理控制單元控制所述模式切換開關的選路。
優選的，所述電感電流控制器和所述逆變電壓控制器均為PI控制器。
所述逆變器包括逆變橋、濾波電容、濾波電感和控制邏輯，所述濾波電感和所述濾波電容位於所述逆變橋的交流側；所述逆變橋的第一輸出端連線所述濾波電感的一端，所述濾波電感的另一端連線所述濾波電容的一端，所述濾波電容的另一端連線所述逆變橋的第二輸出端，所述控制邏輯連線所述驅動單元，用於控制逆變器的輸出。
優選的，所述逆變橋的第一輸出端和第二輸出端分別連線到本地負載的兩端，所述本地負載的一端連線所述反並聯可控矽的一端，所述反並聯可控矽的另一端與電網電源的第一輸出端連線，所述本地負載的另一端連線電網電源的第二輸出端。
優選的，所述反並聯可控矽的另一端與所述電網電源的第一輸出端中間還連線有線路等效電感。
第二方面，基於上述裝置，《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提供一種實現併網逆變器併網/離網無縫切換的方法，包括：
所述數位訊號處理器向處於閉合狀態的所述反並聯可控矽發出關斷信號；
所述數位訊號處理器根據檢測到的通過所述濾波電感的電流的方向，反向給定控制量限幅值，並輸出所述控制量限幅值給所述脈衝發生單元；
所述脈衝發生單元根據所述控制量限幅值生成調製波，將所述調製波輸入至所述驅動單元；
所述驅動單元根據所述調製波驅動逆變器輸出，迫使通過所述反並聯可控矽的電流換流，以關斷所述反並聯可控矽。
優選的，所述數位訊號處理器工作在不同的控制模式下，所述控制模式包括滯環控制模式和離網電壓反饋控制模式，所述數位訊號處理器根據不同的所述控制模式輸出不同的控制信號，所述實現逆變器併網/離網無縫切換的方法具體包括：當電網故障檢測單元檢測出電網電源故障時，所述數位訊號處理器向處於閉合狀態的所述反並聯可控矽發出關斷信號，且保存此刻的電網電源的電壓相位，此時所述數位訊號處理器將控制模式轉為滯環控制模式，電感電流感測器採樣所述通過濾波電感的電流信號，根據所述電流信號，確定所述數位訊號處理器的滯環控制的方式，根據所述滯環控制的方式，來確定所述數位訊號處理器所需輸出的控制量限幅值，將所述控制量限幅值賦給所述脈衝發生單元，所述脈衝發生單元根據所述控制量限幅值生成調製波，通過所述驅動單元控制逆變器的輸出，控制通過所述濾波電感的電流，迫使通過反並聯可控矽的電流迅速換流；
當所述滯環控制模式持續1毫秒後，所述反並聯可控矽已可靠關斷，所述數位訊號處理器將控制模式由所述滯環控制模式轉為所述離網電壓反饋控制模式，並將電網電源故障時保存的電壓相位作為離網電壓反饋的初始相位，確定離網電壓反饋的輸出調節量，並賦給所述脈衝發生單元，所述脈衝發生單元根據所述輸出調節量生成調製波，通過所述驅動單元控制逆變器的輸出，控制所述逆變器的輸出電壓，提供給本地負載。
優選的，所述控制模式還包括併網電流反饋控制模式；所述反並聯可控矽處於斷開狀態，所述控制模式為離網電壓反饋控制模式，本地負載的電壓由所述逆變器的輸出電壓提供；
所述數位訊號處理器向處於斷開狀態的所述反並聯可控矽發出閉合信號，所述反並聯可控矽收到閉合信號可立刻閉合，此時所述數位訊號處理器處於併網電流反饋控制模式，所述逆變器與電網電源連線，本地負載的電壓由電網電源提供，使本地負載的供電保持連續性。
優選的，所述數位訊號處理器處於併網電流反饋控制模式時，電網故障檢測單元處於工作狀態，所述電網故障檢測單元執行如下操作：所述電網故障檢測單元預先設定一數值，所述電網故障檢測單元每隔固定周期檢測採樣電網電源的電壓，所述的固定周期由周期暫存器的T1PR值決定；將採樣到的所述電網電源的電壓和預先設定的所述數值進行比較，當所述電網電源的電壓大於所述數值並持續多個載波時，認定電網電源已經發生故障。
優選的，所述電網故障檢測單元的具體檢測方法包括：所述電網故障檢測單元和電網電壓感測器之間連線有鎖相環，根據鎖相環得到的電網電壓的相位及正弦表生成一個標準正弦波，電網故障檢測單元將每隔固定周期採樣電網電壓的數值與此時對應相位的標準正弦波的數值相減，得到的結果取絕對值並與預先設定的所述數值比較，若連續數個載波兩者相減取絕對值後的結果均超過預先設定的所述數值，則認定此時電網電源已發生故障；此時，所述數位訊號處理器立刻發出反並聯可控矽的關斷信號，且保存此刻的電網電源的電壓相位。
優選的，所述脈衝發生單元的具體調製方法包括：數位訊號處理器在k時刻運行於所述併網電流反饋控制模式，所述脈衝發生單元根據所述數位訊號處理器在k時刻的控制量，得到k時刻調製波。
優選的，所述數位訊號處理器的滯環控制的方法為：在k+n時刻，所述電網檢測單元檢測出電網電源故障，所述數位訊號處理器由所述併網電流反饋控制模式轉為所述滯環控制模式，所述數位訊號處理器根據每隔固定周期採樣到的電感電流的方向，反向給定控制量限幅值，當檢測到電感電流為正向時，即採樣到的所述電感電流的方向為流入電網電源的方向時，所述數位訊號處理器將所述控制量限幅值設定為負限幅值並賦給脈衝發生單元；當檢測到電感電流為負向時，即採樣到的所述電感電流的方向為流入逆變器的方向時，所述數位訊號處理器將所述控制量的值設定為正限幅值並賦值給所述脈衝發生單元；所述脈衝發生單元根據所述限幅值及所述數位訊號處理器的事件管理器中周期暫存器的T1PR值生成調製波，控制通過所述濾波電感的電流，迫使通過反並聯可控矽的併網電流迅速換流。
有益效果
首先數位訊號處理器向處於閉合狀態的反並聯可控矽發出關斷信號，數位訊號處理器根據採樣得到的通過濾波電感的電流信號反向給定控制量限幅值並輸出給脈衝發生單元，脈衝發生單元根據控制量限幅值生成調製波，將調製波輸入至驅動單元，驅動單元連線逆變器的控制邏輯，根據調製波信號驅動逆變器，控制逆變器的輸出電流，使通過反並聯可控矽的電流進行快速換流，以關斷所述反並聯可控矽。《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》在不增加硬體成本且便於數字實現，逆變器在任何時刻都可以實現電流快速過零從而關斷反並聯可控矽，實現逆變器併網-離網的快速切換。
附圖說明
圖1為逆變器併網/離網無縫切換的裝置簡化電路圖。
圖2為單相併網逆變器併網/離網無縫切換裝置的主電路圖。
圖3為《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》的併網-離網切換過程波形圖。
圖中：1、逆變橋；2、濾波電感；3、濾波電容；4、本地負載；5、反並聯可控矽；6、線路等效電感；7、電網電源；8、直流電壓源；9、數位訊號處理器；10、電網電壓感測器；11、電感電流感測器；12、逆變電壓感測器；13、鎖相環；14、電感電流控制器；15、逆變電壓控制器；16、滯環控制器；17、脈衝發生單元；18、驅動板。
技術領域
《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》涉及逆變器控制方法的領域，尤其涉及一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法。
權利要求
1.一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，其特徵在於，包括：數位訊號處理器、脈衝發生單元、驅動單元和反並聯可控矽；其中，所述數位訊號處理器，用於在電網電源發生故障時，根據檢測到的通過逆變器的濾波電感的電流的方向，反向給定控制量限幅值並輸出所述控制量限幅值給所述脈衝發生單元；所述脈衝發生單元，用於根據所述控制量限幅值生成調製波，將所述調製波輸入至所述驅動單元；所述驅動單元，用於根據所述調製波驅動逆變器輸出，使通過所述反並聯可控矽的電流換流；其中，所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，還包括電感電流感測器，所述數位訊號處理器包括電感電流控制器；所述電感電流感測器的輸入端連線所述濾波電感的一端，用於檢測通過所述濾波電感的電流，所述電感電流感測器的輸出端連線所述電感電流控制器，所述電感電流控制器用於在併網模式下控制通過所述濾波電感的電流；其中，所述數位訊號處理器還包括滯環控制器和周期暫存器，所述周期暫存器為定時器，所述滯環控制器的輸入端與所述電感電流感測器的輸出端連線，所述滯環控制器的輸出端與所述脈衝發生單元的輸入端連線，用於根據所述檢測到的通過逆變器的濾波電感的電流的方向，反向給定控制量限幅值並輸出至所述脈衝發生單元，所述脈衝發生單元根據所述控制量限幅值和所述周期暫存器的值生成調製波。
2.根據權利要求1所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，其特徵在於，還包括逆變電壓感測器，所述數位訊號處理器還包括逆變電壓控制器；所述逆變電壓感測器的輸入端連線逆變器的濾波電容兩端，用於採樣所述濾波電容的電壓，所述逆變電壓感測器的輸出端連線所述逆變電壓控制器的輸入端，所述逆變電壓控制器用於在離網模式下控制逆變器的逆變輸出電壓。
3.根據權利要求2所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，其特徵在於，所述數位訊號處理器還包括電感電流控制器、電網故障檢測單元、模式切換開關及數位訊號處理控制單元，在逆變器的交流側還設定有電網電壓感測器和電網電源；所述滯環控制器的輸出端通過所述模式切換開關與所述脈衝發生單元的輸入端連線；所述電感電流控制器的輸入端分別與所述電感電流感測器的輸出端及電網電壓感測器的輸出端連線，所述電感電流控制器的輸出端通過所述模式切換開關連線到所述脈衝發生單元的輸入端；所述逆變電壓控制器的輸入端分別與所述電感電流感測器及逆變電壓感測器連線，所述逆變電壓控制器的輸出端通過所述模式切換開關連線到所述脈衝發生單元的輸入端；所述電網電壓感測器的輸入端連線電網電源，用於採樣電網電源的電壓信號，所述電網電壓感測器的輸出端連線所述電感電流控制器的輸入端，所述電網電壓感測器和所述電感電流控制器的中間還連線有鎖相環，所述電網故障檢測單元連線所述鎖相環的輸出端，用於檢測電網電源電壓是否大於所述電網故障檢測單元預先設定的數值；所述模式切換開關為多選一的開關電路，所述模式切換開關的一端分別連線所述電感電流控制器的輸出端、所述逆變電壓控制器的輸出端和所述滯環控制器的輸出端，所述模式切換開關的另一端連線到所述脈衝發生單元的輸入端，通過所述數位訊號處理控制單元控制所述模式切換開關的選路。
4.根據權利要求3所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，其特徵在於，所述電感電流控制器和所述逆變電壓控制器均為PI控制器。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，其特徵在於，所述逆變器包括逆變橋、濾波電容、濾波電感和控制邏輯，所述濾波電感和所述濾波電容位於所述逆變橋的交流側；所述逆變橋的第一輸出端連線所述濾波電感的一端，所述濾波電感的另一端連線所述濾波電容的一端，所述濾波電容的另一端連線所述逆變橋的第二輸出端，所述控制邏輯連線所述驅動單元，用於控制逆變器的輸出。
6.根據權利要求5所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，其特徵在於，所述逆變橋的第一輸出端和第二輸出端分別連線到本地負載的兩端，所述本地負載的一端連線所述反並聯可控矽的一端，所述反並聯可控矽的另一端與電網電源的第一輸出端連線，所述本地負載的另一端連線電網電源的第二輸出端。
7.根據權利要求6所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，其特徵在於，所述反並聯可控矽的另一端與所述電網電源的第一輸出端中間還連線有線路等效電感。
8.一種實現逆變器併網/離網無縫切換的方法，使用如權利要求1至7中任一項所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，其特徵在於，包括如下步驟：所述數位訊號處理器向處於閉合狀態的所述反並聯可控矽發出關斷信號；所述數位訊號處理器根據檢測到的通過所述濾波電感的電流的方向，反向給定控制量限幅值，並輸出所述控制量限幅值給所述脈衝發生單元；所述脈衝發生單元根據所述控制量限幅值生成調製波，將所述調製波輸入至所述驅動單元；所述驅動單元根據所述調製波驅動逆變器輸出，迫使通過所述反並聯可控矽的電流換流，以關斷所述反並聯可控矽；其中，所述數位訊號處理器工作在不同的控制模式下，所述控制模式包括滯環控制模式和離網電壓反饋控制模式，所述數位訊號處理器根據不同的所述控制模式輸出不同的控制信號，所述實現逆變器併網/離網無縫切換的方法具體包括：當電網故障檢測單元檢測出電網電源故障時，所述數位訊號處理器向處於閉合狀態的所述反並聯可控矽發出關斷信號，且保存此刻的電網電源的電壓相位，此時所述數位訊號處理器將控制模式轉為滯環控制模式，電感電流感測器採樣所述通過濾波電感的電流信號，根據所述電流信號，確定所述數位訊號處理器的滯環控制的方式，根據所述滯環控制的方式，來確定所述數位訊號處理器所需輸出的控制量限幅值，將所述控制量限幅值賦給所述脈衝發生單元，所述脈衝發生單元根據所述控制量限幅值生成調製波，通過所述驅動單元控制逆變器的輸出，控制通過所述濾波電感的電流，迫使通過反並聯可控矽的電流迅速換流；當所述滯環控制模式持續1毫秒後，所述反並聯可控矽已可靠關斷，所述數位訊號處理器將控制模式由所述滯環控制模式轉為所述離網電壓反饋控制模式，並將電網電源故障時保存的電壓相位作為離網電壓反饋的初始相位，確定離網電壓反饋的輸出調節量，並賦給所述脈衝發生單元，所述脈衝發生單元根據所述輸出調節量生成調製波，通過所述驅動單元控制逆變器的輸出，控制所述逆變器的輸出電壓，提供給本地負載。
9.根據權利要求8所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的方法，其特徵在於，所述控制模式還包括併網電流反饋控制模式；所述反並聯可控矽處於斷開狀態，所述控制模式為離網電壓反饋控制模式，本地負載的電壓由所述逆變器的輸出電壓提供；所述數位訊號處理器向處於斷開狀態的所述反並聯可控矽發出閉合信號，所述反並聯可控矽收到閉合信號立刻閉合，此時所述數位訊號處理器處於併網電流反饋控制模式，所述逆變器與電網電源連線，本地負載的電壓由電網電源提供，使本地負載的供電保持連續性。
10.根據權利要求9所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的方法，其特徵在於，所述數位訊號處理器處於併網電流反饋控制模式時，電網故障檢測單元處於工作狀態，所述電網故障檢測單元執行如下操作：所述電網故障檢測單元預先設定一數值，所述電網故障檢測單元每隔固定周期檢測採樣電網電源的電壓，所述的固定周期由周期暫存器的T1PR值決定；將採樣到的所述電網電源的電壓和預先設定的所述數值進行比較，當所述電網電源的電壓大於所述數值並持續多個載波時，認定電網電源已經發生故障。
11.根據權利要求10所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的方法，其特徵在於，所述電網故障檢測單元的具體檢測方法包括：所述電網故障檢測單元和電網電壓感測器之間連線有鎖相環，根據鎖相環得到的電網電壓的相位及正弦表生成一個標準正弦波，電網故障檢測單元將每隔固定周期採樣電網電壓的數值與此時對應相位的標準正弦波的數值相減，得到的結果取絕對值並與預先設定的所述數值比較，若連續數個載波兩者相減取絕對值後的結果均超過預先設定的所述數值，則認定此時電網電源已發生故障；此時，所述數位訊號處理器立刻發出反並聯可控矽的關斷信號，且保存此刻的電網電源的電壓相位。
12.根據權利要求11所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的方法，其特徵在於，所述脈衝發生單元的具體調製方法包括：數位訊號處理器在k時刻運行於所述併網電流反饋控制模式，所述脈衝發生單元根據所述數位訊號處理器在k時刻的控制量，得到k時刻調製波。
13.根據權利要求12所述的實現逆變器併網/離網無縫切換的方法，其特徵在於，所述數位訊號處理器的滯環控制的方法為：在k+n時刻，所述電網檢測單元檢測出電網電源故障，所述數位訊號處理器由所述併網電流反饋控制模式轉為所述滯環控制模式，所述數位訊號處理器根據每隔固定周期採樣到的電感電流的方向，反向給定控制量限幅值，當檢測到電感電流為正向時，即採樣到的所述電感電流的方向為流入電網電源的方向時，所述數位訊號處理器將所述控制量限幅值設定為負限幅值並賦給脈衝發生單元；當檢測到電感電流為負向時，即採樣到的所述電感電流的方向為流入逆變器的方向時，所述數位訊號處理器將所述控制量的值設定為正限幅值並賦值給所述脈衝發生單元；所述脈衝發生單元根據所述限幅值及所述數位訊號處理器的事件管理器中周期暫存器的T1PR值生成調製波，控制通過所述濾波電感的電流，迫使通過反並聯可控矽的併網電流迅速換流。
實施方式
參考圖1，《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提出的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，包括：
在逆變器的交流側設定有電感電流感測器11和反並聯可控矽5，在逆變器的直流側設定有脈衝發生單元17、數位訊號處理器9和驅動板18，其中，脈衝發生單元17為PWM（pulse width modulation，脈衝寬度調製）脈衝發生單元。
參考圖1和圖2，逆變器由逆變橋1、濾波電感2、濾波電容3以及控制邏輯組成，直流電壓源8提供逆變器的直流電源，逆變橋1的第一輸出端連線濾波電感2的一端，濾波電感2的另一端連線濾波電容3的一端，濾波電容3的另一端連線逆變橋1的第二輸出端，濾波電感2的另一端連線反並聯可控矽5的一端，反並聯可控矽5的另一端連線到電網電源7的第一輸出端，逆變橋1的第二輸出端連線電網電源7的第二輸出端，反並聯可控矽5可用SCR（Silicon Controlled Rectifier，可控矽）表示。
其中，反並聯可控矽5的一端和電網電源7的第二輸出端連線本地負載4的兩端；反並聯可控矽5閉合時，本地負載4的電壓由電網電源7提供，反並聯可控矽5斷開時，本地負載4的電壓由逆變器的兩個輸出端提供，即逆變橋1的第一輸出端和逆變橋1的第二輸出端。
《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提出的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置的系統工作狀態有四種：併網模式、離網模式、併網-離網切換模式以及離網-併網切換模式；系統處於併網模式時，反並聯可控矽5處於閉合狀態，逆變器與電網電源7連通，此時數位訊號處理器9的控制模式為併網電流反饋控制模式，本地負載4的電壓由電網電源7提供；系統處於離網模式時，反並聯可控矽5處於斷開狀態，此時數位訊號處理器9的控制模式為離網電壓反饋控制模式，本地負載4的電壓由逆變器逆變輸出電壓提供；系統處於併網-離網切換模式時，數位訊號處理器9向處於閉合狀態的反並聯可控矽5發出關斷信號，此時反並聯可控矽5仍然處於閉合狀態，無法立刻關斷，此時數位訊號處理器9的控制模式為滯環控制模式，本地負載4的電壓仍由電網電源7提供；系統處於離網-併網切換模式時，即系統由離網模式向併網模式轉換時，數位訊號處理器9向處於斷開狀態的反並聯可控矽5發出閉合信號，反並聯可控矽5立刻閉合，同時數位訊號處理器9的控制模式轉為併網電流反饋控制模式，本地負載4的電壓由逆變器提供轉為由電網電源7提供。
電感電流感測器11的輸入端連線濾波電感2的另一端，用於採樣通過濾波電感2的電流信號，數位訊號處理器9包括滯環控制器16和周期暫存器，滯環控制器16的輸入端與電感電流感測器11的輸出端連線，滯環控制器16的輸出端與脈衝發生單元17的輸入端連線，脈衝發生單元17的輸出端通過驅動板18連線逆變器的控制邏輯，在電網電源7出現故障時，數位訊號處理器9向處於閉合狀態的所述反並聯可控矽5發出關斷信號，系統進入滯環控制模式，電感電流感測器11採樣得到通過濾波電感2的電流；根據電感電流感測器11採樣到的通過濾波電感2的電流的方向，數位訊號處理器9的控制中心反向給定一個控制量限幅值並賦予滯環控制器16，滯環控制器16根據控制量限幅值確定滯環控制器16輸出的控制信號，並輸出至脈衝發生單元17，脈衝發生單元17通過處理控制信號，根據控制信號中的控制量限幅值與周期暫存器的值生成調製波，然後將調製波通過驅動單元處理後輸入到逆變器的控制邏輯，控制逆變器的輸出電流和/或電壓，迫使通過反並聯可控矽的併網電流迅速換流。
反並聯可控矽5可通過控制系統控制其開通，但必須使其通過的電流換流才可使其關斷，電流快速過零的時間越短，系統從併網模式到離網模式切換的影響越小，由此可知，通過採樣通過濾波電感2的電流信號，經過數字處理器9的滯環控制器16以及脈衝發生單元17進行相關信號處理後，可以控制逆變器的輸出電流，從而達到控制通過濾波電感2的電流，迫使通過反並聯可控矽5的電流能迅速換流，達到快速關斷反並聯可控矽5的目的，從而減小系統從併網模式到離網模式切換的影響。
當滯環控制模式持續1毫秒後，反並聯可控矽5已可靠關斷，系統進入離網模式，數位訊號處理器9將控制模式由滯環控制模式轉為離網電壓反饋控制模式，並將電網故障時保存的電網相位作為電壓控制的初始相位，確定系統離網電壓反饋模式的輸出調節量。
具體的，《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提出的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置還包括逆變電壓感測器12，數位訊號處理器9還包括逆變電壓控制器15；逆變電壓感測器12的輸入端連線濾波電容2的兩端，用於採樣濾波電容2兩端的電壓，即本地負載4兩端的電壓，逆變電壓感測器12的輸出端連線逆變電壓控制器15的輸入端，同時逆變電壓控制器15的輸入端還連線電感電流感測器11的輸出端；系統工作在離網模式下時，逆變電壓感測器12採集本地負載4兩端的電壓以及通過濾波電感2的電流，並將電網電源7故障時的電網電源相位作為逆變電壓控制器15電壓控制的初始相位，輸出控制信號給脈衝發生單元17，經過脈衝發生單元17以及驅動板18處理後輸入至逆變器的控制邏輯，從而控制逆變器的輸出電壓和/或電流的相位和電網電源電壓的相位保持同步，實現本地負載的不間斷供電。
具體的，逆變器的交流側還設定有電網電壓感測器10和電網電源7，數位訊號處理器9還包括電感電流控制器14、逆變電壓控制器15、周期暫存器、模式切換開關及數位訊號處理器控制單元。
電網電壓感測器10的輸入端連線電網電源7輸出端，用於採樣電網電源7的電壓信號，電網電壓感測器10的輸出端通過鎖相環13連線電感電流控制器14，電感電流感測器11的輸出端分別連線電感電流控制器14和逆變電壓控制器15，逆變電壓感測器12的輸入端連線濾波電容3兩端，用於採樣逆變器輸出的交流逆變電壓信號，逆變電壓感測器12的輸出端連線逆變電壓控制器15，電感電流控制器14的輸入端分別與電感電流感測器11的輸出端和電網電壓感測器10的輸出端連線，逆變電壓控制器15的輸入端分別與電感電流感測器11和逆變電壓感測器12連線；電感電流控制器14的輸出端、逆變電壓控制器15的輸出端和滯環控制器16的輸出端均通過模式切換開關連線到脈衝發生單元17的輸入端；通過鎖相環13可以對電網電壓信號進行相位跟蹤，根據輸入信號的相位和頻率調整數位訊號處理器9本身固有信號的相位和頻率，周期暫存器為定時器，位於數位訊號處理器9的事件管理器中；系統處於併網模式下時，數位訊號處理器9的控制中心賦予電感電流控制器14一給定電流，電感電流控制器14根據電網電壓感測器的輸出的電網電源的電壓相位和頻率，輸出一控制信號給脈衝發生單元17，脈衝發生單元17對控制信號進行相關處理並通過驅動板18輸入至逆變器的控制邏輯，控制逆變器的輸出電流，達到根據採樣通過濾波電感2的電流信號來控制通過濾波電感2的電流的目的。
模式切換開關為多選一的開關電路，模式切換開關的一端分別連線電流控制器14的輸出端、逆變電壓控制器15的輸出端和滯環控制器16的輸出端，模式切換開關的另一端連線到脈衝發生單元17的輸入端，通過數位訊號處理器控制單元控制模式切換開關的選路。
系統運行於併網模式，當電網電源7出現故障時，數位訊號處理器9向處於閉合狀態的反並聯可控矽5發出關斷信號，且保存此刻的電網電源7的電壓相位，此時數位訊號處理器9控制模式切換開關，使滯環控制器16與脈衝發生單元17連線，此時數位訊號處理器9處於滯環控制模式，電感電流感測器11採樣通過濾波電感2的電流信號，根據採樣到的電流信號，確定滯環控制器16的滯環控制的方式，進而確定所需賦予滯環控制器16的控制量限幅值，確定控制量限幅值後，數位訊號處理器控制單元將控制量限幅值賦給滯環控制器16的輸入端，滯環控制器16進行相關處理，輸出控制信號給脈衝發生單元17，脈衝發生單元17對控制信號進行處理，根據控制信號的控制量限幅值以及周期暫存器的T1PR值生成調製波，通過驅動板18輸出給逆變橋1的控制邏輯，控制逆變器的輸出電流，從而達到控制通過濾波電感2的電流，完成迫使通過反並聯可控矽5的電流快速過零的目的；其中，調製波是用調製信號調製以後的非正弦波，載波是一個正弦波，它有幾個參數，幅度、頻率、相位，把一個攜帶信息的信號去改變載波的某一個或幾個參數，信號就調製到載波上了。
持續1毫秒後，反並聯可控矽5已可靠關斷，此時數位訊號處理器9控制模式切換開關，使逆變電壓控制器15與脈衝發生單元17連線，此時數位訊號處理器9處於離網電壓反饋控制模式，並將電網電源7故障時保存的電壓相位作為電壓控制的初始相位，確定離網電壓反饋的輸出調節量，賦給脈衝發生單元17，脈衝發生單元17根據反饋的輸出調節量控制逆變器的輸出電壓，提供給本地負載4，保證本地負載4的不間斷供電。
更具體的，數位訊號處理器9還包括電網故障檢測單元；
電網故障檢測單元連線電網電壓感測器10，用於檢測電網電源7的電壓是否大於電網故障檢測單元預先設定的數值。電網故障檢測單元預先設定一數值，此數值為電網電源7是否正常工作的標準，當電網電源7的電壓小於等於此數值時，說明電網電源7處於正常的工作狀態，當電網電源7的電壓大於此數值時，說明電網電源7處於不正常的工作狀態，當電網電源7處於不正常的工作狀態持續一段時間，說明電網電源7出現故障了，需要及時進行維修，利用電網故障檢測單元可以隨時對電網電源7的工作狀態進行檢查。
電網電源7正常工作時，通過反並聯可控矽5的控制系統控制其閉合，反並聯可控矽5處於閉合狀態時，逆變器與電網電源7連線，此時數位訊號處理器9控制模式切換開關，使電感電流控制器14與脈衝發生單元17連線，此時數位訊號處理器9處於併網電流反饋控制模式，本地負載4的電壓由電網電源7提供，電網故障檢測單元處於工作狀態，電網故障檢測單元的工作原理如下：
電網故障檢測單元預先設定一數值，每隔固定周期檢測採樣到的電網電源7的電壓，此固定周期由周期暫存器的T1PR值決定；將採樣到的電網電源7的電壓的值和預先設定的數值進行比較，當採樣到的電壓大於預先設定的數值並持續多個載波時，數位訊號處理器9即認定電網電源7已經發生故障，數位訊號處理器9向處於閉合狀態的反並聯可控矽5發出關斷信號，且保存此刻的電壓相位，數位訊號處理器9轉為滯環控制模式，否則，認為電網電源7未發生故障，此時數位訊號處理器9仍處於併網電流反饋控制模式。
具體的，電感電流控制器14和逆變電壓控制器15均為PI控制器。PI控制器易於實現，控制參數相互獨立而且兼顧快速性，滿足了數位訊號處理器9快速回響控制的需求。
具體的，反並聯可控矽5的另一端與電網電源7的第一輸出端的中間還連線有線路等效電感6；LCL型濾波器在濾出高次諧波方面效果比較好，系統在諧振頻率處諧振幅值非常小，諧振得到了很好的抑制。
具體的，在逆變橋1的直流側還設定有電解電容和直流電源8；直流電源8提供逆變器的直流電壓，電解電容在直流電源側起電源濾波作用。
具體的，系統運行於離網模式，當電網電源7恢復正常，系統需要從離網模式切換到併網模式，數位訊號處理器9向處於斷開狀態的反並聯可控矽5發出閉合信號，反並聯可控矽5立刻閉合，同時數位訊號處理器9控制模式切換開關，使電感電流控制器14與脈衝發生單元17連線，此時數位訊號處理器9處於併網電流反饋控制模式，本地負載4的電壓由電網電源7提供。反並聯可控矽5收到閉合信號可立刻閉合，逆變器離網-併網的切換過程迅速，所以本地負載的供電保持連續性，不影響本地負載的工作狀態。
採用《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提出的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，在不增加硬體成本且便於數字實現的前提下，不僅併網-離網切換時間短，保障負載供電的連續性，而且適應於電網電源7嚴重故障下的模式切換，並且無需額外增加感測器，此外，本裝置從離網-併網切換迅速，完全不影響本地負載的供電狀態。
參考圖1和圖2，根據《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提供的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置可知，該發明可以實現逆變器併網/離網無縫切換，具體方法如下：
逆變器處於併網模式時，反並聯可控矽5處於閉合狀態，數位訊號處理器9向處於閉合狀態的反並聯可控矽5發出關斷信號，反並聯可控矽5並不能立刻斷開，必須使其通過的電流換流才可使其關斷，系統從併網模式轉為併網-離網切換模式。
此時，數位訊號處理器9處於滯環控制模式，電感電流感測器11採樣得到濾波電感2的電流信號；根據採樣得到的電流信號確定數位訊號處理器9輸出的控制信號。
將數位訊號處理器9輸出的控制信號賦給脈衝發生單元17，脈衝發生單元17根據所述控制信號和周期暫存器的T1PR值生成調製波，然後將調製波通過驅動板18輸出給逆變器的控制邏輯，控制通過濾波電感2的電流，迫使通過反並聯可控矽5的電流迅速換流。
當滯環控制模式持續1毫秒後，反並聯可控矽5已可靠關斷，數位訊號處理器9將控制模式由滯環控制模式轉為離網電壓反饋控制模式，並將電網電源故障時保存的電網電源相位作為離網電壓反饋控制的初始相位，確定離網電壓反饋的輸出調節量，賦給脈衝發生單元17，脈衝發生單元17根據輸出調節量生成調製波，通過驅動板18連線控制邏輯，控制逆變器的輸出電壓，提供給本地負載4。
具體的，電網故障檢測單元的工作原理如下：電網故障檢測單元預先設定一數值，每隔固定周期檢測採樣到的電網電源7的電壓，這裡，固定周期由周期暫存器的T1PR值決定；將採樣到的電網電源7的電壓的值和電網故障檢測單元預先設定的數值進行比較，當採樣到的電壓大於預先設定的數值並持續多個載波時，數位訊號處理器9即認定電網電源7已經發生故障。
具體的，數位訊號處理器9的電網故障檢測單元的具體檢測方法為：電網故障檢測單元和電網電壓感測器10之間連線有鎖相環13，根據鎖相環13得到的電網電壓的相位及正弦表生成一個標準正弦波，電網故障檢測單元將每隔固定周期採樣到的電網電源7的電壓的數值與此時對應相位的標準正弦波的數值相減，得到的結果取絕對值並與電網故障檢測單元預先設定的數值比較，若連續數個載波兩者相減取絕對值後的結果均超過預先設定的所述數值，則認定此時電網電源7已發生故障，此時，數位訊號處理器9立刻發出反並聯可控矽5的關斷信號，並保存此刻的電網電源7的電壓相位。
具體的，脈衝發生單元17的具體調製方法為：系統在k時刻運行於併網電流反饋控制模式，根據數位訊號處理器9在k時刻的控制量u（k）及數位訊號處理器9的事件管理器中周期暫存器的T1PR值，得到k時刻調製波的值為：
具體的，數位訊號處理器9的滯環控制的方法為：在k+n時刻，電網檢測單元檢測出電網電源7發生故障，數位訊號處理器9立刻發出反並聯可控矽5的關斷信號，並保存此刻的電壓相位θ（k）。數位訊號處理器9由併網電流反饋控制模式轉為滯環控制模式，數位訊號處理器9根據電感電流感測器11每隔固定周期採樣到的通過濾波電感2的電流的方向，反向給定控制量限幅值，當檢測到採樣到的電感電流為正向時，即採樣到的電流的方向為流入電網電源7的方向時，數位訊號處理器9將控制量u（k）的值設定為負限幅值並賦給脈衝發生單元17；當檢測到採樣到的電感電流為負向時，即採樣到的電流的方向為流入逆變器的方向時，數位訊號處理器9將控制量u（k）的值設定為正限幅值並賦值給脈衝發生單元17；數位訊號處理器9將限幅值賦給脈衝發生單元17，通過驅動板18控制逆變器的輸出，滯環控制16的方式為：
此時，PWM單元17生成的調製波vm（k+n）為：
在k+n+m時刻，滯環控制器16持續1毫秒，反並聯可控矽5已可靠關斷，數位訊號處理器9將控制模式由滯環控制模式轉為離網電壓反饋控制模式，並將電網電源7故障時保存的電壓相位作為電壓控制的初始相位，此時，離網電壓反饋控制的給定為:
此時，根據逆變電壓控制器15的輸出調節量u（k+n+m）和數位訊號處理器9的事件管理器中周期暫存器的T1PR值，可得k+n+m時刻調製波vm（k）為：
《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提供的實現逆變器併網/離網無縫切換的方法，通過檢測併網逆變器模式切換過程中電感電流的方向，數位訊號處理器9反向給定控制量限幅值，迫使通過反並聯可控矽的電流強迫換流，使反並聯可控矽5快速關斷，關斷反並聯可控矽5後，數位訊號處理器9將控制模式轉變為離網電壓反饋控制模式，從而為本地負載4提供幅值、相位和頻率均滿足要求的電壓。整個切換過程持續時間不超過3毫秒，保證了切換過程中對負載的不間斷供電。
參考圖3，為驗證《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》的實用性，採用單相全橋併網逆變器的拓撲結構，在功率為33KVA的樣機上進行了實驗，圖中Ug為電網電壓，T為數據處理器9判斷事件的信號，U0為離網輸出電壓。
採用《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》提出的實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置，不僅併網-離網切換時間短，保障負載供電的連續性，適應於電網電源7嚴重故障下的模式切換，而且無需額外增加感測器。該發明在不增加硬體成本且便於數字實現的前提下，提出了併網逆變器併網/離網無縫切換的方法。通過上述的控制算法，併網逆變器在任何時刻都可以實現併網/離網的快速切換，尤其是在電網電源7嚴重故障時也可以在3毫秒從併網模式切換到離網模式，保證本地關鍵負載的不間斷供電。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種實現逆變器併網/離網無縫切換的裝置及方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
