CN102710112B - 一种逆变器过热保护装置及其过热保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种逆变器过热保护装置及其过热保护方法，该过热保护方法包括以下步骤：检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度；判断该实时温度是否大于一第一预设温度；如是，则抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧，对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定，该有功电流给定的减小降低了该逆变器的输出功率，使得该功率器件的温度降低。当该第一判断模块判断该实时温度小于该第一预设温度时，该检测模块继续检测。本发明的优点在于：能对实时温度进行快速控制，避免逆变器输出功率大幅波动，并且此时逆变器的输出功率可以控制到零而不关机，所以能有效延长逆变器的并网发电时间。

Description

一种逆变器过热保护装置及其过热保护方法

技术领域

本发明涉及电气设备控制领域，尤指一种逆变器过热保护装置及其过热保护方法。

背景技术

现有逆变器过热保护方法主要有两种：

方法1，根据热试验，在保证功率器件安全的情况下确定一个温度阀值T，逆变器在运行过程中检测功率器件的温度，若所检测的温度超过温度阀值T，则逆变器关闭，避免逆变器功率器件过热损坏；

方法2，根据热试验，在保证功率器件安全的情况下确定两个温度阀值T1和T2，并且T1小于T2，如图1所示。逆变器在运行过程中检测功率器件的温度，当所检测的温度超过温度阀值T1时，逆变器根据设定的曲线降低输出功率，从而降低功率器件的温度；若功率器件的温度进一步升高，并且超过温度阀值T2，则逆变器关闭，避免逆变器功率器件过热损坏。

一般，逆变器的工作环境比较恶劣，如在沙漠或海拔较高的大型光伏电站。若由于逆变器自身或外界因素导致功率器件过热，采用方法1的逆变器只能关闭，降低了发电量，并造成不良的客户印象。

再看方法2，在逆变器功率器件温度超过温度阀值T1但小于温度阀值T2这段区间仍能继续发电。但是，如果T1和T2的间隔较小，由于温度的滞后性以及温度检测精度的限制，很有可能会造成逆变器输出功率的大幅振荡。

典型的并网光伏逆变器控制框图如图2所示，当逆变器10检测的功率器件温度高于温度阀值T1时，方法2通过降低有功电流给定Idref来降低输出功率，若此时逆变器10工作于P-V曲线最大功率点（MPP）M的左侧（如图3中的A点，P为逆变器10的功率，V为PV电池12的输出电压），降低有功电流给定Idref，会导致工作点的进一步左移，因此图2中的PV电池12的输出电压可能会降低到逆变器10的关机电压值，进而导致逆变器10输入欠压而关机，对图2中的最大功率跟踪单元（MPPT）14的输出电压Vdcref下限加以限制，可以避免因降低有功电流给定Idref导致逆变器10欠压关机现象的发生。但是，限制MPPT14的输出电压Vdcref下限值就不能进一步降低逆变器10的输出功率，当逆变器10所配的PV电池12的开路电压较低或所配的PV电池12的容量较大时，MPPT14的输出电压Vdcref下限值对应的功率P仍然较大，还是可能会导致逆变器10的功率器件过热并关机保护，即降额运行保护失效。

综上所述，方法1在逆变器功率器件过温时只能关闭；方法2在功率器件温度超过温度阀值T1但小于温度阀值T2时可继续运行，但是逆变器输出功率可能会有大幅波动，并可能会欠压或过热关机。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种逆变器过热保护装置及其过热保护方法，其解决现有技术中逆变器过温时可能导致欠压或过热关机的技术问题。

本发明是这样实现的，一种逆变器过热保护装置，其包括：

检测模块，用于检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度；

第一判断模块，用于判断该实时温度是否大于一第一预设温度值；

电压抬升模块，用于在该第一判断模块判断该实时温度大于该第一预设温度值时，抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧；

限幅模块，用于在该第一判断模块判断该实时温度大于该第一预设温度值时，且在该电压抬升模块抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧时，对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定；

当该第一判断模块判断该实时温度小于该第一预设温度时，该检测模块继续检测。

作为上述方案的进一步改进，该逆变器过热保护装置还包括第二判断模块，该第二判断模块用于在该检测模块继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度时，判断又一次的该实时温度是否依旧大于该第一预设温度值，如是，则该限幅模块对该有功电流给定进一步限幅减小该有功电流给定，否则，该检测模块继续检测。

作为上述方案的进一步改进，当该第二判断模块判断又一次的该实时温度依旧小于该第一预设温度值时，该检测模块继续检测。

作为上述方案的进一步改进，该逆变器过热保护装置还包括第三判断模块以及关闭模块，该第三判断模块用于在该温度大于该第一预设温度值时，判断该值是否大于一第二预设温度值，该第二预设温度值大于该第一预设温度值，如是则该关闭模块发出关闭信号关闭该逆变器，否则该电压抬升模块与该限幅模块运行。

本发明还涉及一种逆变器过热保护方法，其包括以下步骤：

检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度；

判断该实时温度是否大于一第一预设温度值；

如是，则抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧，并对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定；

当判断该实时温度小于该第一预设温度时，不限制最大功率跟踪输出电压，即最大功率跟踪输出电压也可以在P-V曲线最大功率点的左侧；

返回检测步骤，检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。

作为上述方案的进一步改进，该逆变器过热保护方法还包括以下步骤：

继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度；

判断又一次的该实时温度是否依旧大于该第一预设温度值；

如是，则对该有功电流给定进一步限幅减小该有功电流给定；

返回继续检测步骤，继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。

作为上述方案的进一步改进，该逆变器过热保护方法还包括以下步骤：

当判断又一次的该实时温度依旧小于该第一预设温度值时，不限制最大功率跟踪输出电压，即最大功率跟踪输出电压也可以在P-V曲线最大功率点的左侧；

返回检测步骤，检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。

作为上述方案的进一步改进，该逆变器过热保护方法还包括以下步骤：

当该实时温度值大于该第一预设温度值时，判断该值是否大于一第二预设温度值，该第二预设温度值大于该第一预设温度值，如是则发出关闭信号关闭该逆变器，否则抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧，并对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定。

本发明的特点在于：抬升MPPT输出电压后再根据允许承受的温度对实时温度进行闭环控制，使实时温度稳定在允许承受的温度附近，可对实时温度进行快速控制，避免逆变器输出功率大幅波动，并且此时逆变器的输出功率可以控制到零而不关机，所以能有效延长逆变器的并网发电时间。

附图说明

图1为现有技术中为解决逆变器的功率器件的过热问题，而设定的功率器件的温度与输出功率之间的关系曲线。

图2为典型的并网光伏逆变器控制框图。

图3为光伏电池的P-V曲线。

图4为本发明较佳实施方式提供的逆变器过热保护装置的模块结构图。

图5为本发明较佳实施方式提供的逆变器过热保护方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图4，其为本发明较佳实施方式提供的逆变器过热保护装置的模块结构图。逆变器过热保护装置包括检测模块41、第一判断模块42、第二判断模块43、第三判断模块44、电压抬升模块45、限幅模块46以及关闭模块47。

检测模块41用于检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。第一判断模块42用于判断该实时温度是否大于一第一预设温度值。当第一判断模块42判断该实时温度大于该第一预设温度时，第三判断模块44判断该实时温度是否大于一第二预设温度值，该第二预设温度值大于该第一预设温度值，如是则该关闭模块发出关闭信号关闭该逆变器，否则电压抬升模块45与限幅模块46运行。

电压抬升模块45用于在该实时温度在该第一预设温度值与该第二预设温度之间时，抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧。限幅模块46用于在该实时温度在该第一预设温度与该第二预设温度之间时，且在该电压抬升模块45抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧时，对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定。当该第一判断模块42判断该实时温度小于该第一预设温度值时，检测模块41继续检测。

第二判断模块43用于在该检测模块41继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度时，判断又一次的该实时温度是否依旧大于该第一预设温度值，如是则第三判断模块44判断该值是否大于该第二预设温度值。当第三判断模块44判断又一次的该实时温度大于该第二预设温度值时，关闭模块47发出关闭信号关闭该逆变器，否则限幅模块46运行。当又一次的该实时温度小于该第一预设温度值时，检测模块41继续检测。

请结合图5，其为本发明较佳实施方式提供的逆变器过热保护方法的流程图，该逆变器过热保护方法与上述逆变器过热保护装置配合运行。该逆变器过热保护方法包括以下步骤。

步骤S41，检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。该步骤S41由检测模块41执行。

步骤S43，判断该实时温度是否大于一第一预设温度值。该步骤S43由第一判断模块42执行。

当该实时温度大于该第一预设温度值，进行步骤S44，判断该实时温度是否大于一第二预设温度值，该第二预设温度值大于该第一预设温度值。该步骤S44由第三判断模块44执行。

当该实时温度小于该第一预设温度值，返回步骤S41。即，该实时温度小于该第一预设温度值时，不限制最大功率跟踪输出电压，即最大功率跟踪输出电压也可以在P-V曲线最大功率点的左侧，

当该实时温度小于该第二预设温度值，进行步骤S45，抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧，对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定。其中，抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧由电压抬升模块45执行，对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定由限幅模块46执行。该有功电流给定的减小降低了该逆变器的输出功率，使得该功率器件的温度降低。

当该实时温度大于该第二预设温度值，进行步骤S46，发出关闭信号关闭该逆变器。该步骤S46由关闭模块47执行。

步骤S45完成之后，进行步骤S47，继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。该步骤S47由检测模块41执行。

步骤S47完成之后，进行步骤S49，判断又一次的该实时温度是否依旧大于该第一预设温度值。该步骤S49由第二判断模块43执行。

当又一次的该实时温度依旧大于该第一预设温度值时，进行步骤S411判断又一次的该实时温度是否小于该第二预设温度值。该步骤S411由第三判断模块44执行。

当又一次的该实时温度小于该第一预设温度值时，返回步骤S41。

当又一次的该实时温度小于该第二预设温度值时，进行步骤S413，对该有功电流给定进一步限幅减小该有功电流给定。该步骤S413由限幅模块46执行。

当又一次的该实时温度大于该第二预设温度值时，返回步骤S46。

步骤S413完成之后，返回检测步骤S47，继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。

进一步说明，在程序运行过程中，关闭逆变器即可随时从正在运行的程序中退出。

下面，根据上述逆变器过热保护方法，对其具体应用做一个举例说明。

如图3所示，为光伏电池的P-V特性曲线，P-V曲线存在峰值点M，位于峰值点M的左侧，电压V变大时，功率P也变大，电压V变小时，功率P也变小，位于峰值点M的右侧，电压V变大时，功率P变小，电压V变小时，功率P变大。

请参阅图2，其为典型的并网光伏逆变器控制框图。首先采样获取PV电池12输出的直流母线电压Udc、直流电流Idc，最大功率跟踪单元（MPPT）14根据最大功率跟踪点算法，计算出当前最大功率点时的直流母线电压Vdcref，当前的直流母线电压Udc减去当前最大功率点时的直流母线电压Vdcref，得到直流母线电压需要的变换量，该变换量经PI单元20的处理输出有功电流给定Idref，令无功电流给定Iqref为0。限幅单元（limit）19对有功电流给定Idref进行限幅。电网三相交流电压Ua、Ub、Uc经过锁相环（PLL）28得到电网电压角度θ。第一坐标转换单元25根据电网电压角度θ将逆变器10的三相交流输出电流Ia、Ib、Ic从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系的d轴有功反馈电流Id、q轴无功反馈电流Iq。第二坐标转换单元27根据所述电网角度θ将经过PI-单元PI处理的d轴有功电流Id、q轴无功电流Iq从两相旋转坐标系转换到三相静止坐标系的输出，其输出再经过相应处理最终传输至PWM单元29，PWM单元29输出PWM信号至逆变器10。

MPPT14接收逆变器10在运行过程中该逆变器10的功率器件的实时温度，并判断该实时温度是否大于一第一预设温度值，如是，抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧。而限幅单元19接收逆变器10在运行过程中该逆变器10的功率器件的实时温度，并判断该实时温度是否大于一第一预设温度值，并且判断最大功率跟踪输出电压是否在P-V曲线最大功率点的右侧，如是，对有功电流给定Idref进行限幅减小该有功电流给定Idref。该有功电流给定Idref的减小降低了该逆变器10的输出功率，使得该功率器件的温度降低。当判断该实时温度小于该第一预设温度值时，不限制最大功率跟踪输出电压，即最大功率跟踪输出电压也可以在P-V曲线最大功率点的左侧，这样的话，继续接收逆变器10在运行过程中该逆变器10的功率器件的实时温度。

在本实施方式中，MPPT14与限幅单元19分两块处理，在其它实施方式中MPPT14与限幅单元19可以和在一起设计成一个单元。温度检测的方式有很多种，如，可以通过功率器件内部NTC（负温度系数热敏电阻）测得或通过粘贴在功率器件上的NTC测得。

当判断该实时温度依旧大于该第一预设温度值时，限幅单元19对该有功电流给定进一步限幅减小该有功电流给定。该有功电流给定的减小降低了该逆变器的输出功率，使得该功率器件的温度进一步降低。

当然，可以在该实时温度大于该第一预设温度值时，接着判断该实时温度是否大于一第二预设温度值，该第一预设温度值小于该第二预设温度值。如是则关闭逆变器10，否则，才进入后续流程，这样可以提高系统的安全性能。

综上所述，逆变器10在运行过程中实时检测功率器件的实时温度，若实时温度大于第一预设温度值，则进行降额运行控制，避免功率器件过热。首先抬升MPPT14的输出电压至P-V曲线MPP的右侧，这样在后面限制Idref时，会让PV电池12的输出电压始终处于P-V曲线MPP的右侧，避免逆变器10输入欠压关机，并且在P-V曲线MPP的右侧，理论上可以将逆变器10的输出功率降低到零，因此可以对逆变器10的功率器件进行可靠的过热保护。

抬升MPPT输出电压后再根据允许承受的温度对实时温度进行闭环控制，使实时温度稳定在允许承受的温度附近，控制参数可以采用试探法得到，通过选取适当的控制参数，可对实时温度进行快速控制，避免逆变器10输出功率大幅波动，并且此时逆变器10的输出功率可以控制到零而不关机，所以能有效延长逆变器10的并网发电时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种逆变器过热保护装置，其特征在于，其包括：

检测模块，用于检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度；

第一判断模块，用于判断该实时温度是否大于一第一预设温度值；

电压抬升模块，用于在该第一判断模块判断该实时温度大于该第一预设温度时，抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧；

限幅模块，用于在该第一判断模块判断该实时温度大于该第一预设温度时，且在该电压抬升模块抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧时，对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定；

当该第一判断模块判断该实时温度小于该第一预设温度时，该检测模块继续检测。

2.如权利要求1所述的一种逆变器过热保护装置，其特征在于，该逆变器过热保护装置还包括第二判断模块，该第二判断模块用于在该检测模块继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度时，判断又一次的该实时温度是否依旧大于该第一预设温度值，如是，则该限幅模块对该有功电流给定进一步限幅减小该有功电流给定，否则，该检测模块继续检测。

3.如权利要求2所述的一种逆变器过热保护装置，其特征在于，当该第二判断模块判断又一次的该实时温度依旧小于该第一预设温度时，该检测模块继续检测。

4.如权利要求1所述的一种逆变器过热保护装置，其特征在于，该逆变器过热保护装置还包括第三判断模块以及关闭模块，该第三判断模块用于在功率器件实时温度大于第一预设温度时，判断该温度值是否大于一第二预设温度，该第二预设温度大于该第一预设温度，如是则该关闭模块发出关闭信号关闭该逆变器，否则该电压抬升模块与该限幅模块运行。

5.一种逆变器过热保护方法，其特征在于，其包括以下步骤：

检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度；

判断该实时温度是否大于一第一预设温度值；

如是，则抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧，并对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定；

当判断该实时温度小于该第一预设温度时，不限制最大功率跟踪输出电压，即最大功率跟踪输出电压也可以在P-V曲线最大功率点的左侧；

返回检测步骤，检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。

6.如权利要求5所述的一种逆变器过热保护方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度；

判断又一次的该实时温度是否依旧大于该第一预设温度值；

如是，则对该有功电流给定进一步限幅减小该有功电流给定；

返回继续检测步骤，继续检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。

7.如权利要求6所述的一种逆变器过热保护方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

当判断又一次的该实时温度依旧小于该第一预设温度值时，不限制最大功率跟踪输出电压，即最大功率跟踪输出电压也可以在P-V曲线最大功率点的左侧；

返回检测步骤，检测逆变器在运行过程中该逆变器的功率器件的实时温度。

8.如权利要求5所述的一种逆变器过热保护方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

当该实时温度大于该第一预设温度时，判断该实时温度是否大于一第二预设温度值，该第二预设温度值大于该第一预设温度值，如是则发出关闭信号关闭该逆变器，否则抬升最大功率跟踪输出电压至P-V曲线最大功率点的右侧，并对有功电流给定进行限幅减小该有功电流给定。