CN103066821A - 一种光伏并网逆变器热保护方法及系统 - Google Patents

一种光伏并网逆变器热保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光伏并网逆变器热保护方法及系统，通过采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值；若三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，则光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点；若三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，则同时输出正序电流和负序电流，通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护。本发明的一种光伏并网逆变器热保护方法及系统，在IGBT散热器的某一相冷却风机发生故障时，非故障相仍可输出较大功率，只有故障相降额输出，这样既保护了IGBT，又能兼顾功率输出，减少功率损失，同时报警给监控中心，待逆变器停机时进行检修。

Description

一种光伏并网逆变器热保护方法及系统
技术领域
本发明涉及一种逆变器热保护方法及系统，尤其涉及一种光伏并网逆变器热保护方法及系统。
背景技术
在光伏并网发电过程中，特别是在大型光伏电站，光伏逆变器应具备很高的可靠性及耐用性。目前大型光伏电站主要分布在我国的西北及北方地区，而且市场上主流的逆变器都采用风冷技术，北方地区的风沙粉尘会对逆变器的冷却风机运行产生不良影响，同时长时间运行后，风机发生故障的概率也会增加，一旦三相逆变器的某一相风机发生故障，如果逆变器仍然工作在大功率输出状态，会对逆变器的功率模块造成损害，因此目前的逆变器都需要做停机保护或三相输出都做降额输出，造成功率损失，影响电站收益，对电网运行也有不利影响。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)集输入阻抗高、驱动容易、高压大电流等优点，是目前大功率光伏逆变器广泛应用的功率器件。IGBT的可靠性是光伏逆变器可靠工作的基础，IGBT的保护中，热保护是重要的保护内容，尤其在炎热的夏天，逆变器能长时间可靠工作，很大程度上取决于IGBT的散热及过热检测及保护设计。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有技术的不足而提供一种在IGBT散热器的某一相冷却风机发生故障时，非故障相仍可输出较大功率，只有故障相降额输出，这样既保护了IGBT，又能兼顾功率输出，减少功率损失，同时报警给监控中心，待逆变器停机时进行检修。 
本发明的技术方案是：提供一种光伏并网逆变器热保护方法，所述光伏并网逆变器包括三相IGBT功率单元，所述三相IGBT功率单元中含有热敏电阻，所述光伏并网逆变器热保护方法包括如下步骤：
采用热敏电阻的阻值：采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值；
正常工作状态：若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，则所述光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点；
过热调整：若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，判断故障相别并输出正序电流和负序电流，通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护。
本发明的进一步技术方案是：在过热调整步骤中，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，进行报警。
本发明的进一步技术方案是：在过热调整步骤中，根据此时光伏阵列的输出功率来调整非故障相的正序电流和负序电流大小。
本发明的进一步技术方案是：在过热调整步骤中，根据所述三相IGBT功率单元的功率损失及最大电流限定值控制所述正序电流和负序电流。
本发明的技术方案是：构建一种光伏并网逆变器热保护系统，所述光伏并网逆变器包括三相IGBT功率单元，所述三相IGBT功率单元中含有热敏电阻，所述光伏并网逆变器热保护系统包括对所述三相IGBT功率单元的三相交流电压电流进行采样、分解和判断故障相别的采样分解模块、检测所述三相IGBT功率单元中热敏电阻温度的温度检测模块、产生驱动所述三相IGBT功率单元工作的驱动信号产生模块、控制电流大小的控制模块，所述温度检测模块采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，所述采样分解模块控制所述光伏并网逆变器为正序电流，所述控制模块控制所述光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点；若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，所述采样分解模块判断故障相别并分解所述光伏并网逆变器输出正序电流和负序电流，所述控制模块通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护，所述采样分解模块将控制的电流信号输出到所述驱动信号产生模块以驱动所述三相IGBT功率单元工作。
本发明的进一步技术方案是：还包括跟踪光伏阵列输出最大功率的最大功率点跟踪模块，所述控制模块根据所述最大功率点跟踪模块跟踪的最大功率控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小。
本发明的进一步技术方案是：还包括报警模块，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，所述报警模块报警。
本发明的进一步技术方案是：所述控制模块为PID控制器。
本发明的技术效果是：本发明构建一种光伏并网逆变器热保护方法及系统，所述光伏并网逆变器包括三相IGBT功率单元，所述三相IGBT功率单元中含有热敏电阻，通过采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值；若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，则所述光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点；若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，则同时输出正序电流和负序电流，通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护。本发明的一种光伏并网逆变器热保护方法及系统，在IGBT散热器的某一相冷却风机发生故障时，非故障相仍可输出较大功率，只有故障相降额输出，这样既保护了IGBT，又能兼顾功率输出，减少功率损失，同时报警给监控中心，待逆变器停机时进行检修。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
如图1、图2所示，本发明的具体实施方式是：
提供一种光伏并网逆变器热保护方法，所述光伏并网逆变器包括三相IGBT功率单元1，所述三相IGBT功率单元1中含有热敏电阻（图中未示出），所述光伏并网逆变器热保护方法包括如下步骤：
步骤100：采用热敏电阻的阻值，即：采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值。
步骤200：正常工作状态，即：若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，则所述光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点。
步骤300：过热调整，即：若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，判断故障相别并输出正序电流和负序电流，通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护。
如图1所示，本发明的具体实施过程如下：IGBT 的损耗功率主要包括开关损耗和导通损耗，开关损耗随开关频率的增高而增大，占整个损耗的主要部分；导通损耗是IGBT控制的平均电流与电源电压的乘积。由于 IGBT是大功率半导体器件，损耗功率使其发热较多,加之IGBT的结温不能超过125℃，不宜长期工作在较高温度下，因此要采取恰当的散热措施进行过热保护。在实施过程中，在对IGBT散热时，采用散热器与强迫风冷相结合的措施，并在散热器上安装温度开关。通过此温度开关可以控制风机启动或停止转动。逆变器工作，当散热片上的温度超过70度时，温度开关闭合，220VAC电压给风机供电，风机开始旋转，当温度降到65度时，温度开关断开，停止给风机供电，风机停止旋转；同时实时检测IGBT内部热敏电阻阻值来计算IGBT内部温度。
本发明涉及了要分离逆变器电流的正负序分量来分别控制正序电流和负序电流。当正常时只是输出正序电流；当故障时首先判断故障相别，为了减小故障相的输出电流，需要使逆变器输出负序电流从而达到电流的不平衡来实现减小故障相的输出电流，实现故障相的功率降额输出。
当风机正常工作时，散热片上的热量累积达到热平衡时温度不会一直升高，即此时三相IGBT功率单元1内部热敏电阻阻值达到最低，计为Rmin。如果检测到三相IGBT功率单元1内部热敏电阻值超过Rmin并且时间超过一定值，即认为风机发生了故障。此时输出正序电流和负序电流，通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小，使故障相降额输出，减少热量累积，以实现过热保护。为了使故障相降额输出功率，需要减小此相输出电流，根据此时光伏阵列的输出功率来调整非故障相电流，不变或者增加，尽可能减小由于故障造成的光伏阵列的功率损失。具体实施例中，在过热调整步骤中，还包括根据此时光伏阵列的输出功率来调整非故障相的正序电流和负序电流大小。在过热调整步骤中，还包括根据所述三相IGBT功率单元的功率损失及最大电流限定值控制所述正序电流和负序电流。
所述光伏并网逆变器正常时，三相IGBT功率单元1输出电流基本平衡，此时基本只有正序电流。
本发明的优选实施方式是：在过热调整步骤中，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，进行报警。
本发明的技术方案是：构建一种光伏并网逆变器热保护系统，所述光伏并网逆变器包括三相IGBT功率单元1，所述三相IGBT功率单元1中含有热敏电阻，所述光伏并网逆变器热保护系统包括对所述三相IGBT功率单元的三相交流电压电流进行采样、分解和判断故障相别的采样分解模块2、检测所述三相IGBT功率单元中热敏电阻温度的温度检测模块3、产生驱动所述三相IGBT功率单元工作的驱动信号产生模块4、控制电流大小的控制模块5，所述温度检测模块3采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，所述采样分解模块2控制所述光伏并网逆变器为正序电流，所述控制模块5控制所述光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点；若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，所述采样分解模块2判断故障相别并分解所述光伏并网逆变器输出正序电流和负序电流，所述控制模块5通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护，所述采样分解模块2将控制的电流信号输出到所述驱动信号产生模块4以驱动所述三相IGBT功率单元1工作。具体实施例中，所述控制模块5为PID控制器。
当风机正常工作时，散热片上的热量累积达到热平衡时温度不会一直升高，即此时三相IGBT功率单元1内部热敏电阻阻值达到最低，计为Rmin。如果检测到三相IGBT功率单元1内部热敏电阻值超过Rmin并且时间超过一定值，即认为风机发生了故障。所述采样分解模块2判断故障相别并分解所述光伏并网逆变器输出正序电流和负序电流，通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元1故障相的输出电流变小，使故障相降额输出，减少热量累积，以实现过热保护。为了使故障相降额输出功率，需要减小此相输出电流，根据此时光伏阵列的输出功率来调整非故障相电流，不变或者增加，尽可能减小由于故障造成的光伏阵列的功率损失。具体实施例中，还包括根据此时光伏阵列的输出功率来调整非故障相的正序电流和负序电流大小。还包括根据所述三相IGBT功率单元的功率损失及最大电流限定值控制所述正序电流和负序电流。
所述光伏并网逆变器正常时，三相IGBT功率单元1输出电流基本平衡，此时基本只有正序电流。
本发明的优选实施方式是：还包括跟踪光伏阵列输出最大功率的最大功率点跟踪模块6，所述控制模块5根据所述最大功率点跟踪模块6跟踪的最大功率控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元1故障相的输出电流变小。
本发明的优选实施方式是：还包括报警模块7，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，所述报警模块7报警。
本发明的技术效果是：本发明构建一种光伏并网逆变器热保护方法及系统，所述光伏并网逆变器包括三相IGBT功率单元，所述三相IGBT功率单元中含有热敏电阻，通过采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值；若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，则所述光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点；若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，则同时输出正序电流和负序电流，通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护。本发明的一种光伏并网逆变器热保护方法及系统，在IGBT散热器的某一相冷却风机发生故障时，非故障相仍可输出较大功率，只有故障相降额输出，这样既保护了IGBT，又能兼顾功率输出，减少功率损失，同时报警给监控中心，待逆变器停机时进行检修。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光伏并网逆变器热保护方法，其特征在于，所述光伏并网逆变器包括三相IGBT功率单元，所述三相IGBT功率单元中含有热敏电阻，所述光伏并网逆变器热保护方法包括如下步骤：
采用热敏电阻的阻值：采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值；
正常工作状态：若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，则所述光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点；
过热调整：若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，判断故障相别并输出正序电流和负序电流，通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护。
2.根据权利要求1所述光伏并网逆变器热保护方法，其特征在于，在过热调整步骤中，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，进行报警。
3.根据权利要求1所述光伏并网逆变器热保护方法，其特征在于，在过热调整步骤中，根据此时光伏阵列的输出功率来调整非故障相的正序电流和负序电流大小。
4.根据权利要求1所述光伏并网逆变器热保护方法，其特征在于，在过热调整步骤中，根据所述三相IGBT功率单元的功率损失及最大电流限定值控制所述正序电流和负序电流。
5.一种光伏并网逆变器热保护系统，其特征在于，所述光伏并网逆变器包括三相IGBT功率单元，所述三相IGBT功率单元中含有热敏电阻，所述光伏并网逆变器热保护系统包括对所述三相IGBT功率单元的三相交流电压电流进行采样、分解和判断故障相别的采样分解模块、检测所述三相IGBT功率单元中热敏电阻温度的温度检测模块、产生驱动所述三相IGBT功率单元工作的驱动信号产生模块、控制电流大小的控制模块，所述温度检测模块采集所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值高于预定阻值，或者低于预定阻值的时间小于预定时间，所述采样分解模块控制所述光伏并网逆变器为正序电流，所述控制模块控制所述光伏并网逆变器以正序电流工作在最大功率点；若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，所述采样分解模块判断故障相别并分解所述光伏并网逆变器输出正序电流和负序电流，所述控制模块通过控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小以实现过热保护，所述采样分解模块将控制的电流信号输出到所述驱动信号产生模块以驱动所述三相IGBT功率单元工作。
6.根据权利要求5所述光伏并网逆变器热保护系统，其特征在于，还包括跟踪光伏阵列输出最大功率的最大功率点跟踪模块，所述控制模块根据所述最大功率点跟踪模块跟踪的最大功率控制负序电流输出大小或者正序电流输出大小和负序电流输出大小来实现所述三相IGBT功率单元故障相的输出电流变小。
7.根据权利要求5所述光伏并网逆变器热保护系统，其特征在于，还包括报警模块，若所述三相IGBT功率单元中热敏电阻的阻值低于预定阻值并且低于预定阻值的时间超过预定时间，所述报警模块报警。
8.根据权利要求5所述光伏并网逆变器热保护系统，其特征在于，所述控制模块为PID控制器。
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Inventor after: Li Haiyang

Inventor after: Xing Haojiang

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Inventor after: Zhang Hua

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Inventor before: Wang Jian

Inventor before: Zhang Donglai

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