CN102761283A - 逆变器控制方法、装置和逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种逆变器控制方法、装置和逆变器。该方法包括：在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电；在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电，其中，所述第一工作组包括m个逆变模块，第二工作组包括n个逆变模块，且m小于n。本发明在一个正弦波周期内，切换控制不同数量的逆变模块工作，能够使得逆变器的损耗适应于当前工作状态，优化逆变器的工作性能。

Description

逆变器控制方法、装置和逆变器
技术领域
本发明实施例涉及电气控制技术，尤其涉及一种逆变器控制方法、装置和逆变器。
背景技术
逆变器是将直流电逆变成交流电，以便馈入交流电网的常用设备。例如，太阳能电池板发电后产生直流电，就需要经过逆变器的作用，形成交流电再馈入交流电网。
现有典型的逆变器结构是包括两个高频桥臂和对应的高频电感，构成两个逆变模块，分别经工频桥臂与充电电容并联，向充电电容充电。充电电容与充电电感串联，将充电电容的电量馈入交流电网。基本工作原理是：在电网每个正弦波周期内控制高频桥臂中的两个开关交替导通，从而向充电电容充电；同时控制工频桥臂中的开关交替导通，从而切换充电电容向电网馈电的电流方向，实现直流到交流的转换。上述工作方式是在交流电的一个正弦波周期内由两个逆变模块同时工作，且充电电流交错叠加形成最终的输出电流。
但上述全波交错工作方式的逆变器存在一定的技术缺陷，当需要馈入电网的瞬时电流过小时，为获得适当的电流值，需要以较高的开关频率控制高频桥臂中的开关连通和断开，电流方向变化切换频繁，这导致逆变器中的开关和电感等器件损耗均较大。
发明内容
本发明实施例提供一种逆变器控制方法、装置和逆变器，以优化逆变器中的工作性能。
本发明实施例提供了一种逆变器控制方法，包括：
在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电；
在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电，其中，所述第一工作组包括m个逆变模块，第二工作组包括n个逆变模块，且m小于n。
本发明实施例还提供了一种逆变器控制装置，包括：
第一控制模块，用于在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电；
第二控制模块，用于在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电，其中，所述第一工作组包括m个逆变模块，第二工作组包括n个逆变模块，且m小于n。
本发明实施例还提供了一种逆变器，包括：
至少两个逆变模块，连接在直流输入端和交流输出端之间，其中，m个逆变模块组成第一工作组，n个逆变模块组成第二工作组，且m小于n；
本发明任意实施例提供的逆变器控制装置，与各所述逆变模块相连。
本发明实施例提供的逆变器控制方法、装置和逆变器，在一个正弦波周期内，切换控制不同数量的逆变模块工作，能够使得逆变器的损耗适应于当前工作状态，优化逆变器的工作性能。上述技术方案尤其可以根据输出电流值来控制此切换操作，从而降低逆变器的损耗。
附图说明
图1为适用于本发明实施例的典型逆变器结构示意图；
图2为本发明实施例一所提供逆变器控制方法控制下逆变器中的电流变化曲线图；
图3为本发明实施例二提供的逆变器控制装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本发明实施例一提供了一种逆变器控制方法，可适用于直流/交流逆变器的控制，为表述清楚，首先简单介绍所控制的逆变器的结构。
本发明实施例所适用的逆变器包括至少两个逆变模块，分别连接在直流输入端和交流输出端之间，直流输入端是提供直流电的输入端，交流输出端即是将交流电馈入电网的输出端。其中，m个逆变模块组成第一工作组，n个逆变模块组成第二工作组，且m小于n。逆变模块进行直流/交流转换的工作结构和原理可采用多种方式来实现。
图1为适用于本发明实施例的典型逆变器结构示意图，如图1所示，每个逆变模块均包括一高频桥臂和一高频电感，逆变模块经工频桥臂并联到充电电容C3的两端，串联的充电电容C3和充电电感L3与交流输出端并联，向交流输出端馈入交流电，交流电电压记为Ug。高频桥臂的两端与直流输入端并联，如图1所示，直流输入端输入直流电压Ubus。每个高频桥臂包括两个开关器件，两个开关器件交替地连通和断开，以使得高频电感中的电流发生升高和下降的变化，完成向充电电容C3充电。如图1所示，开关器件Q1和Q2构成的高频桥臂与高频电感L1组成一个逆变模块，开关器件Q3和Q4构成的高频桥臂与高频电感L2组成另一个逆变模块。各逆变模块的工作原理和结构相同。工频桥臂也包括两个开关器件，两个开关器件交替地连通和断开，用于控制向充电电容C3充电的电流方向。如图1所示，开关器件Q5和Q6构成工频桥臂。当电网交流电压的正弦波处于正半波，即Ug>0时，Q6连通，Q5断开，当电网交流电压的正弦波处于负半波，即Ug<0时，Q5连通，Q6断开。本领域技术人员可以理解，实现直流至交流转换的逆变模块结构并不限于此。
基于图1所示的典型逆变器结构，本实施例所提供的逆变器控制方法包括如下步骤：在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电；在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电。
即在一个正弦波周期内，控制第一工作组和第二工作组切换地工作，以形成馈入电网的交流电。
其中，第一工作组包括m个逆变模块，第二工作组包括n个逆变模块，且m小于n。即，在一个正弦波周期内，同时工作的逆变模块的数量不同。例如图1所示的逆变器，在某一段时间内，两个逆变模块一起工作，在另一段时间内，仅有一个逆变模块工作，即m=1，n=2。
采用本实施例的技术方案，可根据正弦波周期内不同的需求控制不同数量的逆变模块工作，增加了逆变器控制的灵活性。该技术方案尤其适用于当正弦波周期内输出电流不同时，可选择不同数量的逆变模块工作，即控制由第一工作组切换至第二工作组的逆变模块工作具体包括：根据馈入电网的输出电流值的变化，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作。。从而适当降低逆变模块中的开关器件通断频率，从而减小器件损耗，提高逆变器的寿命和工作效率。
优选是，在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作具体包括如下步骤：在一个正弦波周期内，当识别到馈入电网的输出电流值低于第一设定门限值ig1时，控制第一工作组中的逆变模块工作；
在同一所述正弦波周期内，根据馈入电网的输出电流值的变化，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作包括：在同一所述正弦波周期内，当识别到馈入电网的输出电流值高于第二设定门限值ig2时，控制第二工作组中的逆变模块工作；
其中，n·ig1＝m·ig2。
以图1所示逆变器为例说明工作原理。每个逆变模块包括由两个开关构成的高频桥臂和一个高频电感，高频桥臂与直流输入端连接，各逆变模块通过工频桥臂与交流输出端连接，
则在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作包括：在一个正弦波周期内，产生用于控制高频桥臂的两个开关交替工作的驱动信号，将驱动信号分别发送给所述第一工作组中各逆变模块的高频桥臂，以控制第一工作组中的各逆变模块工作；
在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作包括：在同一所述正弦波周期内，产生用于控制高频桥臂的两个开关交替工作的驱动信号，将驱动信号分别发送给所述第二工作组中各逆变模块的高频桥臂，以控制第一工作组切换至第二工作组中的各逆变模块工作。
如图1所示，第一工作组包括一个逆变模块，第二工作组包括两个逆变模块。
逆变器的控制装置通常根据馈入电网的交流电压要求来确定随正弦波周期变化而应输出的交流电流值大小。当识别到此刻馈入电网的输出电流值应低于设定门限值ig1时，则仅控制一个逆变模块工作，即控制一个高频桥臂中的两个开关器件交替导通，该高频桥臂的逆变模块输出电流值iL1的变化如图2所示。
当交流电压Ug>0，即电网处于正半波时，开关器件Q6开通，开关器件Q5关断；当开关器件Q1开通，开关器件Q2关断时，高频电感L1的电流iL1上升；当开关器件Q1关断，开关器件Q2开通时，高频电感L1上的电流iL1下降。因此，高频电感L1中的电流为三角波，如图2中的细实线所示。该三角波的包络线构成输出交流电，其电流值记为ig。
当识别到馈入电网的输出电流值应高于第二设定门限值ig2时，则控制两个逆变模块同时工作。开关器件Q3和Q4的高频桥臂其工作过程与开关器件Q1和Q2类似，高频电感L2中的电流为三角波，如图2中的细虚线所示。通过控制两个高频桥臂的工作节拍，使得iL1和iL2总是在一个高频周期内错开180度，实现交错工作。两个电流的三角波叠加，其包络线构成输出交流电。
为使不同数量逆变模块的输出电流满足输出交流电压的要求，电流值满足n·ig1＝m·ig2的关系，如图2所示，ig2为ig1的两倍。两个门限值均理解为绝对值，正半波和负半波的工作过程呈镜像对称。
上述技术方案解决了现有技术中并网电流瞬时值过小时导致高频桥臂的开关频率高的缺点。由于并网电流ig在一个工频周期（也称为正弦波周期）内以正弦规律变化，因此总是会有一段区间电流的瞬时值较小。当并网电流ig瞬时值太小时，高频电感的电流iL1、iL2的峰值也小，因此两个高频桥臂的周期短，即开关频率高。上述技术方案将并网电流的正弦波周期分割成单桥臂独立工作和双桥臂交错工作两部分，通过选择合适的单双桥臂切换点，能够通过减少控制装置的驱动频率来降低驱动损耗，通过降低高频桥臂的开关频率减少开关损耗，电感中的电流变化频率也相应减少，所以可减少电感损耗，损耗的降低必然导致效率提升。切换时所依据的电流门限值大小可根据损耗情况和逆变效率来综合考虑设定。一般在电流门限值时，单桥臂工作与双桥臂工作的损耗相当，具体数值与实际电路有关。
当然，本领域技术人员可以理解，控制工作组切换的依据并不限于为输出电流值，还可以根据输出电压值、输入电压值等其他参数变化来控制。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的逆变器控制装置的结构示意图。该控制装置可以由硬件来承载，通过软件实现，例如数字信号处理器（Digital Singinal Processor，简称DSP）等，对逆变器进行控制来实现直流向交流的转换。该控制装置包括第一控制模块20和第二控制模块30。其中：第一控制模块20用于在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电；第二控制模块30用于在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电。即两个控制模块用于在一个正弦波周期内，控制第一工作组和第二工作组切换地工作，以形成馈入电网的交流电。其中，所述第一工作组包括m个逆变模块，第二工作组包括n个逆变模块，且m小于n。
优选是该逆变器控制装置还包括一电流识别模块40，用于识别馈入电网的输出电流值。该第一控制模块20还用于在一个正弦波周期内，当电流识别模块40识别到馈入电网的输出电流值低于第一设定门限值ig1时，控制第一工作组中的逆变模块工作；第二控制模块30还用于在同一所述正弦波周期内，当电流识别模块40识别到馈入电网的输出电流值高于第二设定门限值ig2时，控制第二工作组中的逆变模块工作，其中，n·ig1＝m·ig2。
本实施例的技术方案可以执行本发明实施例所提供的逆变器控制方法，具备相应的功能模块，通过控制不同数量的逆变模块工作，能够提高逆变器的控制灵活性，尤其是可以根据电流变化情况降低逆变模块中开关的通断频率，减少器件损耗。
在上述实施例的基础上，一种具体的实例可以为，每个逆变模块包括由两个开关构成的高频桥臂和一个高频电感，高频桥臂与直流输入端连接，各逆变模块通过工频桥臂与交流输出端连接。
则所述第一控制模块包括：第一信号产生单元和第二信号发送单元。其中，第一信号产生单元，用于在一个正弦波周期内，产生用于控制高频桥臂的两个开关交替工作的驱动信号；第二信号发送单元，用于将驱动信号分别发送给所述第一工作组中各逆变模块的高频桥臂，以控制第一工作组中的各逆变模块工作；
所述第二控制模块包括：第二信号产生单元和第二信号发送单元。其中，第二信号产生单元，用于产生用于控制高频桥臂的两个开关交替工作的驱动信号；第二信号发送单元，用于将驱动信号分别发送给所述第二工作组中各逆变模块的高频桥臂，以控制第一工作组切换至第二工作组中的各逆变模块工作。
实施例三
本发明实施例三提供了一种逆变器，该逆变器包括至少两个逆变模块，连接在直流输入端和交流输出端之间，其中，m个逆变模块组成第一工作组，n个逆变模块组成第二工作组，且m小于n。该逆变器还包括本发明实施例所提供的逆变器控制装置，与各逆变模块相连。不同数量逆变模块的工作组切换地工作，逆变模块可以被分配到不同的工作组中。
可参见图1所示，该逆变器中，每个逆变模块可包括由两个开关构成的高频桥臂和一个高频电感，高频桥臂与所述直流输入端连接，各逆变模块通过工频桥臂与交流输出端连接。当然，逆变模块的具体结构并不限于此，能够实现直流交流转换的逆变电路均可以作为逆变模块。
对于已有典型的全波交错工作方式的逆变器，m等于1，n等于2，可不改变其电路结构，仅修改控制策略，就可以实现本发明实施例的技术方案。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种逆变器控制方法，其特征在于，包括：
在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电；
在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电，其中，所述第一工作组包括m个逆变模块，第二工作组包括n个逆变模块，且m小于n。
2.根据权利要求1所述的逆变器控制方法，其特征在于，控制由第一工作组切换至第二工作组的逆变模块工作包括：
根据馈入电网的输出电流值的变化，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作。
3.根据权利要求2所述的逆变器控制方法，其特征在于：
在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作包括：在一个正弦波周期内，当识别到馈入电网的输出电流值低于第一设定门限值ig1时，控制第一工作组中的逆变模块工作；
在同一所述正弦波周期内，根据馈入电网的输出电流值的变化，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作包括：在同一所述正弦波周期内，当识别到馈入电网的输出电流值高于第二设定门限值ig2时，控制第二工作组中的逆变模块工作；
其中，n·ig1＝m·ig2。
4.根据权利要求1或2或3所述的逆变器控制方法，其特征在于：m等于1，n等于2。
5.根据权利要求1或2或3所述的逆变器控制方法，其特征在于，每个逆变模块包括由两个开关构成的高频桥臂和一个高频电感，高频桥臂与直流输入端连接，各逆变模块通过工频桥臂与交流输出端连接，
则在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作包括：在一个正弦波周期内，产生用于控制高频桥臂的两个开关交替工作的驱动信号，将驱动信号分别发送给所述第一工作组中各逆变模块的高频桥臂，以控制第一工作组中的各逆变模块工作；
在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作包括：在同一所述正弦波周期内，产生用于控制高频桥臂的两个开关交替工作的驱动信号，将驱动信号分别发送给所述第二工作组中各逆变模块的高频桥臂，以控制第一工作组切换至第二工作组中的各逆变模块工作。
6.一种逆变器控制装置，其特征在于，包括：
第一控制模块，用于在一个正弦波周期内，控制第一工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电；
第二控制模块，用于在同一所述正弦波周期内，控制由第一工作组切换至第二工作组中的逆变模块工作，以形成馈入电网的交流电，其中，所述第一工作组包括m个逆变模块，第二工作组包括n个逆变模块，且m小于n。
7.根据权利要求6所述的逆变器控制装置，其特征在于：
还包括电流识别模块，用于识别馈入电网的输出电流值；
所述第一控制模块还用于在一个正弦波周期内，当电流识别模块识别到馈入电网的输出电流值低于第一设定门限值ig1时，控制第一工作组中的逆变模块工作；
所述第二控制模块还用于在同一所述正弦波周期内，当电流识别模块识别到馈入电网的输出电流值高于第二设定门限值ig2时，控制第二工作组中的逆变模块工作；
其中，n·ig1＝m·ig2。
8.根据权利要求6或7所述的逆变器控制装置，其特征在于，每个逆变模块包括由两个开关构成的高频桥臂和一个高频电感，高频桥臂与直流输入端连接，各逆变模块通过工频桥臂与交流输出端连接，
则所述第一控制模块包括：
第一信号产生单元，用于在一个正弦波周期内，产生用于控制高频桥臂的两个开关交替工作的驱动信号；
第二信号发送单元，用于将驱动信号分别发送给所述第一工作组中各逆变模块的高频桥臂，以控制第一工作组中的各逆变模块工作；
所述第二控制模块包括：
第二信号产生单元，用于产生用于控制高频桥臂的两个开关交替工作的驱动信号；
第二信号发送单元，用于将驱动信号分别发送给所述第二工作组中各逆变模块的高频桥臂，以控制第一工作组切换至第二工作组中的各逆变模块工作。
9.一种逆变器，其特征在于，包括：
至少两个逆变模块，连接在直流输入端和交流输出端之间，其中，m个逆变模块组成第一工作组，n个逆变模块组成第二工作组，且m小于n；
权利要求6-8任一所述的逆变器控制装置，与各所述逆变模块相连。
10.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于：
每个逆变模块包括由两个开关构成的高频桥臂和一个高频电感，高频桥臂与所述直流输入端连接，各逆变模块通过工频桥臂与交流输出端连接。
11.根据权利要求9或10所述的逆变器，其特征在于：m等于1，n等于2。
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