CN102545194B - 并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路和保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路和保护方法，该保护电路包括与母线相连接的母线高压保护电路；其包括：母线高压钳制电路，连接于母线和地线之间，当母线电压高于某一阈值时导通对地并钳位；母线高压检测电路，与母线相连接，检测母线电压；保护控制电路，与母线高压检测电路、高频反激电路和工频全桥电路相连接，接收母线高压检测电路的检测结果，发出母线放电信号，和/或发出反激关断信号和/或全桥关断信号；母线放电电路，与母线高压检测电路和母线相连接，接收母线高压检测电路的检测结果，对母线进行放电。本发明避免了并网光伏逆变器的高频反激电路和工频全桥电路之间的母线能量聚集、电压过高造成全桥电路损伤。

Description

并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路和保护方法

技术领域

本发明涉及并网逆变器保护技术领域，具体来说，本发明涉及一种并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路和保护方法。

背景技术

小功率并网光伏逆变器常用的拓扑为高频反激电路(简称反激电路或者反激)加上工频全桥电路(简称全桥电路或者全桥)。高频反激电路将直流电转换为半正弦波，而工频全桥电路将半正弦波对折形成正弦波，输入电网。全桥使用开关器件包括晶闸管、MOSFET、或者混合的。反激电路和全桥间的连接为母线。母线上的电容很小，如果有能量聚集，就会迅速提高电压，产生瞬态高压，这时如果全桥开启，该能量会产生很大的电流通过全桥，造成损伤。

造成母线上能量聚集的情况有多种。一种情况下，晶闸管由电流驱动开通，当电流不够时，晶闸管会错误关断，反激电路还是开通的，输出的能量会积聚在母线处。另外，当电网异常时，可能出现全桥开关管错误开通，电流由电网反灌进入母线，产生母线高压。

因此，需要有保护电路和保护方法来避免母线能量聚集、电压过高造成全桥损伤的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路和保护方法，能够避免高频反激电路和工频全桥电路之间的母线能量聚集、电压过高造成全桥电路损伤。

为解决上述技术问题，本发明提供一种并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路，所述工频全桥电路通过母线与高频反激电路相连接，所述高频反激电路将直流电转换为半正弦波，所述工频全桥电路将所述半正弦波对折形成正弦波，输入交流电网，所述保护电路包括：

母线高压保护电路，与所述高频反激电路和所述工频全桥电路之间的所述母线相连接；

其中，所述母线高压保护电路包括：

母线高压钳制电路，连接于所述母线和地线之间，用于当母线电压高于某一阈值时导通对地并钳位，使所述母线电压不再上升；

母线高压检测电路，与所述母线相连接，用于检测所述母线电压；

保护控制电路，分别与所述母线高压检测电路、所述高频反激电路和所述工频全桥电路相连接，用于接收所述母线高压检测电路的检测结果，发出母线放电信号，和/或发出反激关断信号和/或全桥关断信号；以及

母线放电电路，分别与所述母线高压检测电路和所述母线相连接，用于接收所述母线高压检测电路的所述检测结果，对所述母线进行放电。

可选地，所述保护电路还包括：

死区母线放电电路，连接于所述母线和所述交流电网之间；

其中，所述死区母线放电电路包括：

过零点检测电路，与所述交流电网相连接，用于检测交流电的过零点，获取所述工频全桥电路的死区起点；

保护控制电路，与所述过零点检测电路相连接，用于接收所述死区起点并发出母线放电信号；以及

母线放电电路，分别与所述保护控制电路和所述母线相连接，用于接收所述母线放电信号，对所述母线进行放电。

可选地，所述母线高压保护电路和所述死区母线放电电路中的保护控制电路和母线放电电路是共用的。

可选地，所述保护控制电路由集成电路芯片实现。

可选地，所述集成电路芯片包括FPGA、DSP和ASIC。

可选地，所述母线高压钳制电路包括：

压敏电阻，其一端与所述母线相连接；以及

采样电阻，串联连接于所述压敏电阻的另一端和所述地线之间。

可选地，所述采样电阻为所述母线高压钳制电路和所述母线高压检测电路共用。

可选地，所述工频全桥电路由4个晶闸管或者4个MOSFET构成，或者由2个晶闸管与2个MOSFET混合构成。

可选地，所述工频全桥电路为由上臂2个晶闸管、下臂2个MOSFET构成的混合全桥。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护方法，所述工频全桥电路通过母线与高频反激电路相连接，所述高频反激电路将直流电转换为半正弦波，所述工频全桥电路将所述半正弦波对折形成正弦波，输入交流电网，所述保护方法包括母线高压保护方法，其包括步骤：

S1：依次启动并运行所述高频反激电路和所述工频全桥电路；

S2：母线高压检测电路检测并判断母线电压是否过高，若否，则继续运行，若是，则进入下述步骤S3；

S3：母线高压钳制电路导通对地并对所述母线电压作钳位；

S4：母线高压检测电路将检测结果发送给所述母线放电电路和/或所述保护控制电路；

S5：所述母线放电电路对所述母线进行放电，和/或所述保护控制电路向所述高频反激电路发出反激关断信号和/或向所述工频全桥电路发出全桥关断信号；

S6：等待所述高频反激电路和/或所述工频全桥电路关断，并稳定一段时间；以及

S7：重新启动所述高频反激电路和所述工频全桥电路。

可选地，所述保护方法还包括死区母线放电方法，其包括步骤：

SI：过零点检测电路检测所述交流电的过零点；

SII：判断所述过零点是否为所述工频全桥电路的死区起点；

SIII：所述保护控制电路接收所述死区起点并发出母线放电信号；

SIV：所述母线放电电路开通，对所述母线进行放电直至死区完成；以及

SV：重新启动所述高频反激电路和所述工频全桥电路。

可选地，所述母线高压保护方法和所述死区母线放电方法是各自单独执行的，或者共同执行的。

可选地，所述稳定时间为1～10秒钟。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明能够避免并网光伏逆变器的高频反激电路和工频全桥电路之间的母线能量聚集、电压过高造成全桥电路损伤的情况。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为现有技术/本发明中一种并网光伏逆变器的简单电路示意图；

图2为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路中母线高压保护电路的简单方框图；

图3为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路中死区母线放电电路的简单方框图；

图4为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路中综合了母线高压保护电路和死区母线放电电路的简单方框图；

图5为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路的母线高压钳制电路、母线高压检测电路和母线放电电路的电路示意图；

图6为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护方法中母线高压保护方法的简单流程图；

图7为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护方法中死区母线放电方法的简单流程图；

图8为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路中死区母线放电电路的简单工作波形示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1为现有技术/本发明中一种并网光伏逆变器的简单电路示意图。该并网光伏逆变器100可以包括解耦电容C、高频反激电路102和工频全桥电路104。工频全桥电路104通过母线103与高频反激电路102相连接。高频反激电路102用于将直流电转换为半正弦波，而工频全桥电路104用于将半正弦波对折形成正弦波，输入交流电网。

工频全桥电路104可以由4个相同器件构成，包括4个晶闸管或者4个MOSFET，或者可以由2个晶闸管与2个MOSFET混合构成。本图所示的实例中，工频全桥电路104即为由上臂2个晶闸管、下臂2个MOSFET构成的混合工频全桥电路104。

并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路的实施例

图2为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路中母线高压保护电路的简单方框图。如图2所示，该保护电路700可以包括：母线高压保护电路200，其可以与高频反激电路102和工频全桥电路104之间的母线103相连接。

母线高压保护电路200可以包括：母线高压钳制电路202、母线高压检测电路204、母线放电电路206和保护控制电路208等。其中，母线高压钳制电路202连接于母线103和地线之间，用于当母线电压高于某一阈值时导通对地并钳位，使母线电压不再上升。母线高压检测电路204与母线103相连接，用于检测母线电压。保护控制电路208分别与母线高压检测电路204、高频反激电路102和工频全桥电路104相连接，用于接收母线高压检测电路204的检测结果，发出母线放电信号，和/或发出反激关断信号和/或全桥关断信号。母线放电电路206分别与母线高压检测电路204和母线103相连接，用于接收母线高压检测电路204的检测结果，对母线103进行放电。

在本实施例中，保护控制电路208可以由集成电路芯片实现，该集成电路芯片可以包括FPGA、DSP和ASIC。

在本实施例中，该保护电路700还可以包括：死区母线放电电路400，其可以连接于母线103和交流电网之间。图3为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路中死区母线放电电路的简单方框图。

如图3所示，死区母线放电电路400可以包括：过零点检测电路402、保护控制电路208和母线放电电路206等。其中，过零点检测电路402与交流电网相连接，用于检测交流电的过零点，获取工频全桥电路104的死区起点。保护控制电路208与过零点检测电路402相连接，用于接收死区起点并发出母线放电信号。母线放电电路206分别与保护控制电路208和母线103相连接，用于接收母线放电信号，对母线103进行放电。

图4为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路中综合了母线高压保护电路和死区母线放电电路的简单方框图。在本实施例中，如图2、3所示，母线高压保护电路200和死区母线放电电路400中的保护控制电路208和母线放电电路206可以是共用的。

图5为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路的母线高压钳制电路、母线高压检测电路和母线放电电路的电路示意图。如图5所示，母线高压钳制电路202可以包括压敏电阻2021、采样电阻2022。其中，压敏电阻2021的一端与母线103相连接。采样电阻2022串联连接于压敏电阻2021的另一端和地线之间。在本实施例中，该采样电阻2022可以为母线高压钳制电路202和母线高压检测电路204所共用。比如在达到母线高压时，压敏电阻2021导通，电流增大，母线高压检测电路204检测到该电流，判断为母线高压。

在本实施例中，如果全桥4个管子都用MOSFET的话，由于体二极管的存在，在待机状态下，由于母线和交流电网间的压差，会存在倒灌能量储存于全桥母线，电压会达到电网的峰值。在开机瞬间，电网电压为零，而母线电压为峰值电压，造成全桥短路。现在为避免这种情况，通常采用上臂为晶闸管，下臂为MOSFET的混合全桥电路。采用死区放电功能后，在全桥开通前的过零点将母线上的释放，电压降到零，则可以防止全桥短路。

并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护方法的实施例

本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。

图6为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护方法中母线高压保护方法的简单流程图。该工频全桥电路104通过母线103与高频反激电路102相连接，高频反激电路102将直流电转换为半正弦波，工频全桥电路104将半正弦波对折形成正弦波，输入交流电网。

如图6所示，该保护方法可以包括母线高压保护方法，该母线高压保护方法具体可以包括：

依次执行步骤S601和S602，启动并运行高频反激电路102和工频全桥电路104；

执行步骤S603，母线高压检测电路204检测并判断母线电压是否过高，若否，则继续运行高频反激电路102和工频全桥电路104，若是，则进入下述步骤S604；

执行步骤S604，母线高压钳制电路202导通对地，并对母线电压作钳位；

执行步骤S605，母线高压检测电路204发出检测结果，可以给母线放电电路206和/或保护控制电路208；

执行步骤S606，母线放电电路206接收检测结果，开启母线放电电路206，对母线103进行放电，和/或保护控制电路208接收检测结果；

执行步骤S607，保护控制电路208发出关断信号，可以向高频反激电路102发出(称为反激关断信号)，也可以向工频全桥电路104发出(称为全桥关断信号)；

执行步骤S608，高频反激电路102和/或工频全桥电路104接收反激关断信号和/或全桥关断信号开始关断；

执行步骤S609，等待高频反激电路102和/或工频全桥电路104关断，并稳定一段时间，例如1～10秒钟；以及

执行步骤S610，重新启动高频反激电路102和工频全桥电路104。

在本实施例中，该保护方法还可以包括死区母线放电方法。图7为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护方法中死区母线放电方法的简单流程图。如图7所示，该死区母线放电方法具体可以包括：

执行步骤S701，过零点检测电路402检测交流电的过零点；

执行步骤S702，判断过零点是否即为工频全桥电路104的死区起点，若否，则继续检测交流电的过零点，若是，则进入下述步骤S703；

执行步骤S703，保护控制电路208接收死区起点，并发出母线放电信号；

执行步骤S704，母线放电电路206开通，对母线103开始进行放电；

执行步骤S705，母线103放电直至死区完成；以及

执行步骤S706，重新启动高频反激电路102和工频全桥电路104。

图8为本发明一个实施例的并网光伏逆变器的工频全桥电路的保护电路中死区母线放电电路的简单工作波形示意图。如图8所示，当过零点检测电路检测到电网交流电压的过零点，经过一段时间后才提供全桥驱动信号，这段时间被称为死区(死区时间，也叫延迟时间)。母线有存储电量，显示高电压，在检测到电网交流电压的过零点时，给保护控制电路提供信号，并发送母线放电信号，开通放电器件，母线放电，电压下降为零。死区完成后，全桥驱动开通。如果晶闸管提前关断，使部分反激电路输出的能量积聚在全桥母线，该残余能量在全桥下一个周期开通时，瞬间释放，产生大电流。加上死区放电功能后，该部分残余能量会在死区提前释放，不会造成全桥开通时的大电流。由于死区电压很低，因此按照工频周期放电对电路不会有冲击，也不会带来额外损耗，影响效率。

在本实施例中，保护方法中的母线高压保护方法和死区母线放电方法可以是各自单独执行的，也可以是共同执行的。

综上所述，本发明提出了对母线进行电压钳位、高压检测及保护，母线高压时进行母线放电，以及在死区进行母线放电的保护电路和保护方法。进行母线的电压钳位，在全桥母线和地线之间串钳位电路，当母线电压达到某个值时，钳位电路开通，钳位母线电压。进行母线高压保护，当全桥母线上电压过高，检测电路检测到高压，触发保护控制，关闭全桥和反激电路。引入母线放电电路和控制，在母线和地线之间接放电器件，由来自保护控制电路的母线放电信号开通。母线放电信号开通可以由2路信号控制：母线高压信号；过零点死区信号。在母线电压高时，高压检测电路发信号给保护控制电路，产生母线放电信号，开通放电器件。另外，不论母线电压高低，可以在每个周期的过零点开通母线放电电路，即可以在死区对母线放电。

本发明能够避免并网光伏逆变器的高频反激电路和工频全桥电路之间的母线能量聚集、电压过高造成全桥电路损伤的情况。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种并网光伏逆变器（100）的工频全桥电路（104）的保护电路（700），所述工频全桥电路（104）通过母线（103）与高频反激电路（102）相连接，所述高频反激电路（102）将直流电转换为半正弦波，所述工频全桥电路（104）将所述半正弦波对折形成正弦波，输入交流电网，所述保护电路（700）包括：

母线高压保护电路（200），与所述高频反激电路（102）和所述工频全桥电路（104）之间的所述母线（103）相连接；

死区母线放电电路（400），连接于所述母线（103）和所述交流电网之间；

其中，所述母线高压保护电路（200）包括：

母线高压钳制电路（202），连接于所述母线（103）和地线之间，用于当母线电压高于某一阈值时导通对地并钳位，使所述母线电压不再上升；

母线高压检测电路（204），与所述母线（103）相连接，用于检测所述母线电压；

保护控制电路（208），分别与所述母线高压检测电路（204）、所述高频反激电路（102）和所述工频全桥电路（104）相连接，用于接收所述母线高压检测电路（204）的检测结果，发出母线放电信号，和/或发出反激关断信号和/或全桥关断信号；以及

母线放电电路（206），分别与所述母线高压检测电路（204）和所述母线（103）相连接，用于接收所述母线高压检测电路（204）的所述检测结果，对所述母线（103）进行放电；

所述死区母线放电电路（400）包括：

过零点检测电路（402），与所述交流电网相连接，用于检测交流电的过零点，获取所述工频全桥电路（104）的死区起点；

保护控制电路（208），与所述过零点检测电路（402）相连接，用于接收所述死区起点并发出母线放电信号；以及

母线放电电路（206），分别与所述保护控制电路（208）和所述母线（103）相连接，用于接收所述母线放电信号，对所述母线（103）进行放电。

2.根据权利要求1所述的保护电路（700），其特征在于，所述母线高压保护电路（200）和所述死区母线放电电路（400）中的保护控制电路（208）和母线放电电路（206）是共用的。

3.根据权利要求2所述的保护电路（700），其特征在于，所述保护控制电路（208）由集成电路芯片实现。

4.根据权利要求3所述的保护电路（700），其特征在于，所述集成电路芯片包括FPGA、DSP和ASIC。

5.根据权利要求1所述的保护电路（700），其特征在于，所述母线高压钳制电路（202）包括：

压敏电阻（2021），其一端与所述母线（103）相连接；以及

采样电阻（2022），串联连接于所述压敏电阻（2021）的另一端和所述地线之间。

6.根据权利要求5所述的保护电路（700），其特征在于，所述采样电阻（2022）为所述母线高压钳制电路（202）和所述母线高压检测电路（204）共用。

7.根据权利要求1所述的保护电路（700），其特征在于，所述工频全桥电路（104）由4个晶闸管或者4个MOSFET构成，或者由2个晶闸管与2个MOSFET混合构成。

8.根据权利要求7所述的保护电路（700），其特征在于，所述工频全桥电路（104）为由上臂2个晶闸管、下臂2个MOSFET构成的混合全桥。

9.一种并网光伏逆变器（100）的工频全桥电路（104）的保护方法，所述工频全桥电路（104）通过母线（103）与高频反激电路（102）相连接，所述高频反激电路（102）将直流电转换为半正弦波，所述工频全桥电路（104）将所述半正弦波对折形成正弦波，输入交流电网，所述保护方法包括母线高压保护方法和死区母线放电方法，所述母线高压保护方法包括步骤：

S1：依次启动并运行所述高频反激电路（102）和所述工频全桥电路（104）；

S2：母线高压检测电路（204）检测并判断母线电压是否过高，若否，则继续运行，若是，则进入下述步骤S3；

S3：母线高压钳制电路（202）导通对地并对所述母线电压作钳位；

S4：母线高压检测电路（204）将检测结果发送给母线放电电路（206）和/或保护控制电路（208）；

S5：所述母线放电电路（206）对所述母线（103）进行放电，和/或所述保护控制电路（208）分别向所述高频反激电路（102）发出反激关断信号和向所述工频全桥电路（104）发出全桥关断信号；

S6：等待所述高频反激电路（102）和所述工频全桥电路（104）关断，并稳定一段时间；以及

S7：重新启动所述高频反激电路（102）和所述工频全桥电路（104）；

所述死区母线放电方法包括步骤：

SI：过零点检测电路（402）检测所述交流电的过零点；

SII：判断所述过零点是否为所述工频全桥电路（104）的死区起点；

SIII：所述保护控制电路（208）接收所述死区起点并发出母线放电信号；

SIV：所述母线放电电路（206）开通，对所述母线（103）进行放电直至死区完成；以及

SV：重新启动所述高频反激电路（102）和所述工频全桥电路（104）。

10.根据权利要求9所述的保护方法，其特征在于，所述母线高压保护方法和所述死区母线放电方法是各自单独执行的，或者共同执行的。

11.根据权利要求9所述的保护方法，其特征在于，所述稳定时间为1～10秒钟。