CN103545841B

CN103545841B - 一种逆变器的控制方法、装置和逆变器系统

Info

Publication number: CN103545841B
Application number: CN201310503997.8A
Authority: CN
Inventors: 郭海滨; 辛凯; 胡炎申
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: CN103545841A

Abstract

本发明实施例提供了一种逆变器的控制方法、装置和逆变器系统，用以解决光伏并网发电系统中，为了提高逆变器对太阳能电池板两端的直流电的利用率，通常在逆变器的调制波中注入三次共模分量，而导致的逆变器的转换效率降低的问题。该方法包括：确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压；在该直流电的电压大于或等于当前的预设电压时，向该逆变器输出调制波，该调制波中仅包含预设频率的周期波，调制波用于控制逆变器将所述太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；其中，该逆变器在该调制波的控制下将电压大于或等于当前的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在所述逆变器并入的电网当前可容许的范围内。

Description

一种逆变器的控制方法、装置和逆变器系统

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种逆变器的控制方法、装置和逆变器系统。

背景技术

在光伏发电技术中，太阳能电池板阵列和逆变器是光伏并网发电系统中两个重要的部件。太阳能电池板将太阳能转化为电能，输出直流电，而逆变器将太阳能电池板的直流电转化为可供使用的交流电，并入电网。

尽管太阳能资源是无穷的，但由于太阳光辐射密度太低，导致太阳能电池的转换效率非常低，目前，大多数太阳能电池的转换效率仅为10%-20%。在此背景下，提升逆变器的转换效率，对于提升光伏并网发电系统的整体效率显得至关重要。

当太阳能电池板阵列两端的直流电压低于电压A时，逆变器的调制波在控制该逆变器将太阳能电池板阵列两端的直流电转换为交流电时，就会产生过调制，这会导致逆变器输出的交流电的波形发生畸变，当畸变严重时，逆变器输出的交流电就会达不到并网的要求。

目前，为了提高逆变器对太阳能电池板阵列两端的直流电压的利用率，通常在调制波中注入三次共模分量（即三次谐波），如图1所示。这样当太阳能电池板阵列两端的直流电压略低于电压A时，逆变器的调制波（包含了三次谐波）在控制该逆变器将太阳能电池板阵列两端的直流电转换为交流电时，不会产生过调制，逆变器输出的交流电的波形也不会发生畸变，但是当太阳能电池板阵列两端的直流电压进一步降低时，直至该直流电压低于电压B时（B<A）,逆变器的调制波在控制该逆变器将太阳能电池板阵列两端的直流电转换为交流电时，又会产生过调制，这会导致逆变器输出的交流电的波形发生畸变，当畸变严重时，逆变器输出的交流电就会达不到并网的要求。因此，三次谐波的注入有助于提高逆变器对太阳能电池板两端的直流电压的利用率，但是却加大了逆变器的输出电流的谐波，增加了逆变器并网的损耗，从而降低了逆变器的转换效率。图2为某并网的逆变器的转换效率与其功率的关系的示意图，从图2中可看出，不注入三次共模分量时该逆变器的转换效率高于注入三次共模分量时该逆变器的转换效率，图2中的横轴的p/Pn表示该逆变器的功率与其额定功率之比，纵轴的效率表示该逆变器的转换效率。

综上所述，现有的光伏并网发电系统中，为了提高逆变器对太阳能电池板两端的直流电压的利用率，通常在逆变器的调制波中注入三次共模分量，这会增加逆变器的并网损耗，从而降低逆变器的转换效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种逆变器的控制方法、装置和逆变器系统，用以解决现有的光伏并网发电系统中，为了提高逆变器对太阳能电池板两端的直流电压的利用率，通常在逆变器的调制波中注入三次共模分量，而导致的逆变器的转换效率降低的问题。

第一方面，提供一种逆变器的控制方法，包括：

确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压；

在所述直流电的电压大于或等于当前的预设电压时，向所述逆变器输出调制波，所述调制波中仅包含预设频率的周期波，所述调制波用于控制逆变器将所述太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；

其中，所述逆变器在所述调制波的控制下将电压大于或等于当前的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在所述逆变器并入的电网当前可容许的范围内。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，在确定逆变器连接的太阳能电池板阵列输出的直流电的电压后，所述方法还包括：

在所述直流电的电压小于当前的预设电压时，向所述逆变器输出调制波，所述调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值恒定。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值为：

A = \{\begin{matrix} k (t - t_{0}); & t_{0} \leq t \leq t_{1} \\ k (t_{1} - t_{0}); & t_{1} \leq t \leq t_{f} \end{matrix}

其中，A为所述时间段中调制波的幅值，t₀为所述时间段的开始时刻，t_f为所述时间段的结束时刻，t₁为所述时间段中的一个时刻，k为设定值。

第二方面，提供一种逆变器的控制装置，包括：

确定模块，用于确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压；

输出模块，用于在所述直流电的电压大于或等于当前的预设电压时，向所述逆变器输出调制波，所述调制波中仅包含预设频率的周期波，所述调制波用于控制逆变器将所述太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；其中，所述逆变器在所述调制波的控制下将电压大于或等于当前的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在所述逆变器并入的电网当前可容许的范围内。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述输出模块还用于，在所述确定模块确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压后，在所述直流电的电压小于当前的预设电压时，向所述逆变器输出调制波，所述调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值恒定。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值为：

A = \{\begin{matrix} k (t - t_{0}); & t_{0} \leq t \leq t_{1} \\ k (t_{1} - t_{0}); & t_{1} \leq t \leq t_{f} \end{matrix}

第三方面，提供一种逆变器系统，包括控制器和至少一个逆变器；

所述控制器，用于确定与自身相连的各个逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压；针对与自身相连的各个逆变器中的一个逆变器，在该逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压大于或等于当前与该逆变器对应的预设电压时，向该逆变器输出调制波，所述调制波中仅包含预设频率的周期波；

每个逆变器，用于在所述控制器输出的调制波的控制下将与自身连接的太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；其中，一个逆变器在所述调制波的控制下将电压大于或等于当前与该逆变器对应的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在该逆变器并入的电网当前可容许的范围内。

结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，所述控制器还用于：

针对与自身相连的一个逆变器，在该逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压小于当前与该逆变器对应的预设电压时，向该逆变器输出调制波，所述调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的逆变器的控制方法、装置和逆变器系统，由于在该逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压大于或等于预设电压时，向该逆变器输出的调制波中仅包含预设频率的周期波，其中，该逆变器在该调制波的控制下将电压大于或等于预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在该逆变器并入的电网当前可容许的范围内，因此，该逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压大于或等于预设电压时，在该调制波的控制下该逆变器将该直流电转换为交流电时，逆变器输出的电流中的谐波不会增加，这与现有技术中由于调制波中一直被注入三次共模分量，从而导致的逆变器输出的电流中谐波增加，进而导致逆变器的并网损耗增加相比来说，降低了逆变器的并网损耗，从而提高了逆变器的转换效率。

附图说明

图1为现有技术中未注入三次共模分量的调制波以及诸如三次共模分量后的调制波的示意图；

图2为现有技术中采用未注入三次共模分量的调制波时逆变器的功率与其转换效率的示意图，以及采用诸如三次共模分量的调制波时逆变器的功率与其转换效率的示意图；

图3为本发明实施例提供的逆变器的控制方法的流程图之一；

图4为本发明实施例提供的逆变器的控制方法的流程图之二；

图5为本发明实施例提供的逆变器的控制方法在实际中应用时的流程图；

图6为本发明实施例提供的逆变器的控制装置的结构图；

图7为本发明实施例提供的逆变器系统的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的逆变器的控制方法、装置和逆变器系统，只在需要注入高次（奇数次）共模分量的情况下，才在逆变器的调制波中注入高次共模分量，相对于现有技术中一直需要在逆变器的调制波中注入三次共模分量而言，降低了逆变器的并网损耗，提高了逆变器的转换效率。

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种逆变器的控制方法、装置和逆变器系统的具体实施方式进行说明。

本发明实施例提供的一种逆变器的控制方法，如图3所示，具体包括以下步骤：

S301、确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压；

S302、在该直流电的电压大于或等于当前的预设电压时，向该逆变器输出调制波；

其中，该调制波中仅包含预设频率的周期波，调制波用于控制逆变器将所述太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；逆变器在该调制波的控制下将电压大于或等于当前的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在所述逆变器并入的电网当前可容许的范围内。

也就是说，只要过调制所导致的交流电的畸变在逆变器并入的电网要求的范围之内，在将太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电并入电网中时，都可以采用仅包含预设频率的周期波的调制波，而不必在调制波中注入高次共模分量。

当逆变器并入电网时，为了防止逆变器输出的交流电的波形的畸变，要求该逆变器连接的太阳能电池板阵列输出的直流电的电压不得低于电压V1，其中，电压V1就是电网所要求的最低的直流电压。当太阳能电池板阵列输出的直流电的电压大于或等于电压V1时，在仅包含预设频率的周期波的调制波的控制下，逆变器输出的交流电的波形不会发生畸变。当太阳能电池板阵列输出的直流电的电压小于电压V1时，在采用仅包含预设频率的周期波的调制波时会产生过调制，这会导致逆变器输出的交流电的波形发生畸变。当电网中的交流的电压会发生波动时，电网所要求的最低的直流电压也会随之发生改变。

假设当太阳能电池板阵列输出的直流电的电压大于或等于电压V2时，在仅包含预设频率的周期波的调制波的控制下，逆变器将该太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电时，交流电的畸变在该逆变器并入的电网当前可容许的范围内。而当太阳能电池板阵列输出的直流电的电压小于电压V2时，在仅包含预设频率的周期波的调制波的控制下，逆变器将该太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电时，交流电的畸变在该逆变器并入的电网当前容许的范围之外。

因此，如果需要避免过调制带来的不良影响时，则预设电压不小于电压V1，如果对过调制带来的不良影响不需要过多考虑，那么在该应用场景中，就可以将预设电压的值取得更接近电压V2，使得逆变器的并网损耗能够尽可能的小，以尽可能的提高逆变器的转换效率。因此，预设电压的取值可以根据实际应用场景来确定。

预设频率的周期波可以是频率为f的正弦波，或者是频率为f的三角波，或者是频率为f的其它周期性波形。其中f为预先设定的频率。

可选地，在S301之后，本发明实施例提供的逆变器的控制方法，如图4所示，还包括：

S401、在太阳能电池板阵列输出的直流电的电压小于当前的预设电压时，向与其连接的逆变器输出调制波，该调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值。

在太阳能电池板阵列输出的直流电的电压小于当前的预设电压时，在将太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电并入电网中时，逆变器的调制波中包含预设频率的周期波以及高次（奇数次）共模分量。也就是说，此时需要向调制波中注入高次共模分量，以提高太阳能电池板阵列的电压利用率。

其中，预设频率的周期波的波形和频率为n*f的周期波的波形可以相同，也可以不同。

由于太阳能电池板阵列输出的直流电的电压是随着环境改变的，例如，光照、温度等；因此，太阳能电池板阵列输出的直流电的电压可能在T0时刻到T1时刻之间小于预设电压，在T1时刻到T2时刻之间大于或等于预设电压。也就是说，太阳能电池板阵列输出的直流电的电压在一个时间段内小于预设电压，在另一个时间段内大于或等于预设电压。

因此，可选地，在太阳能电池板阵列输出的直流电的电压小于电压的一个时间段中，调制波中频率为n*f的周期波的幅值恒定。

在太阳能电池板阵列输出的直流电的电压小于预设电压的不同时间段内，调制波中的频率为n*f的周期波的幅值可以相等，也可以不相等。

可选地，在太阳能电池板阵列输出的直流电的电压小于电压的一个时间段中，调制波中频率为n*f的周期波的幅值为：

A = \{\begin{matrix} k (t - t_{0}); & t_{0} \leq t \leq t_{1} \\ k (t_{1} - t_{0}); & t_{1} \leq t \leq t_{f} \end{matrix}

其中，A为所述时间段中调制波的幅值，t₀为该时间段的开始时刻，t_f为该时间段的结束时刻，t₁为该时间段中的一个时刻，k为设定值。

也就是说，在该时间段中，调制波中频率为n*f的周期波的幅值从该时间段开始时刻起逐渐增大，当增大到一定值时，频率为n*f的周期波的幅值保持不变直至该时间段结束。

在太阳能电池板阵列输出的直流电的电压小于预设电压的不同时间段内，k可以相同，也可以不同。

为了进一步说明本发明实施例提供的逆变器的控制方法，下面以该方法应用于实际中为例进行说明。本发明实施例提供的逆变器的控制方法应用于实际中时，如图5所示，包括：

S501、确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压；

S502、判断该直流电的电压是否不小于当前的预设电压；若是，执行S503；否则，执行S504；该逆变器在该调制波的控制下将电压大于或等于当前的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在所述逆变器并入的电网当前可容许的范围内；

S503、向逆变器输出调制波，该调制波中仅包含预设频率的周期波；

S504、向逆变器输出调制波，该调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值；

其中，调制波用于控制该逆变器将所述太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电。

本发明实施例提供的逆变器的控制方法适用于SPWM载波调制、SVPWM空间矢量调制以及其它的调制形式，该方法可应用于两电平的逆变器、三电平逆变器及多电平逆变器。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种逆变器的控制装置和逆变器系统，由于该装置和系统所解决问题的原理与前述逆变器的控制方法相似，因此该装置和系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的逆变器的控制装置，如图6所示，包括：

确定模块61，用于确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压；

输出模块62，用于在该直流电的电压大于或等于当前的预设电压时，向该逆变器输出调制波，调制波中仅包含预设频率的周期波，调制波用于控制逆变器将太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；其中，该逆变器在该调制波的控制下将电压大于或等于当前的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在该逆变器并入的电网当前可容许的范围内。

可选地，输出模块62还用于，在确定模块61确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压后，在该直流电的电压小于当前的预设电压时，向该逆变器输出调制波，调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值。

可选地，在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值恒定。

可选地，在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值为：

A = \{\begin{matrix} k (t - t_{0}); & t_{0} \leq t \leq t_{1} \\ k (t_{1} - t_{0}); & t_{1} \leq t \leq t_{f} \end{matrix}

本发明是实力提供的一种逆变器系统，如图7所示，包括控制器71和至少一个逆变器72；

控制器71，用于确定与自身相连的各个逆变器72连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压；针对与自身相连的各个逆变器72中的一个逆变器72，在该逆变器72连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压大于或等于当前与该逆变器72对应的预设电压时，向该逆变器72输出调制波，所述调制波中仅包含预设频率的周期波；

每个逆变器72，用于在控制器71输出的调制波的控制下将与自身连接的太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；其中，一个逆变器72在所述调制波的控制下将电压大于或等于当前与该逆变器72对应的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在该逆变器并入的电网当前可容许的范围内。

当逆变器系统中包括多个并联的逆变器，可以为各个逆变器设置不同的预设电压，也可以为各个逆变器设置相同的预设电压。

可选地，控制器71还用于，针对与自身相连的一个逆变器72，在该逆变器72连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压小于当前与该逆变器72对应的预设电压时，向该逆变器72输出调制波，所述调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种逆变器的控制方法，其特征在于，包括：

其中，所述逆变器在所述调制波的控制下将电压大于或等于当前的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在所述逆变器并入的电网当前可容许的范围内；

在所述直流电的电压小于当前的预设电压时，向所述逆变器输出调制波，所述调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值；

在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值为：

A = \{\begin{matrix} k (t - t_{0}); & t_{0} \leq t \leq t_{1} \\ k (t_{1} - t_{0}); & t_{1} \leq t \leq t_{f} \end{matrix}

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值恒定。

3.一种逆变器的控制装置，其特征在于，包括：

输出模块，用于在所述直流电的电压大于或等于当前的预设电压时，向所述逆变器输出调制波，所述调制波中仅包含预设频率的周期波，所述调制波用于控制逆变器将所述太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；其中，所述逆变器在所述调制波的控制下将电压大于或等于当前的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在所述逆变器并入的电网当前可容许的范围内；

所述输出模块还用于，在所述确定模块确定逆变器连接的太阳能电池板阵列当前输出的直流电的电压后，在所述直流电的电压小于当前的预设电压时，向所述逆变器输出调制波，所述调制波中包含预设频率的周期波以及频率为n*f的周期波，f为预设频率，n为大于3的奇数；频率为n*f的周期波的幅值不大于预设频率的周期波的幅值；

A = \{\begin{matrix} k (t - t_{0}); & t_{0} \leq t \leq t_{1} \\ k (t_{1} - t_{0}); & t_{1} \leq t \leq t_{f} \end{matrix}

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述直流电的电压小于预设电压的一个时间段中，所述调制波中包含的频率为n*f的周期波的幅值恒定。

5.一种逆变器系统，其特征在于，包括控制器和至少一个逆变器；

每个逆变器，用于在所述控制器输出的调制波的控制下将与自身连接的太阳能电池板阵列输出的直流电转换为交流电；其中，一个逆变器在所述调制波的控制下将电压大于或等于当前与该逆变器对应的预设电压的直流电转换为交流电时，该交流电的畸变在该逆变器并入的电网当前可容许的范围内；

所述控制器还用于：