CN103744453B - 逆变器温控系统及基于温控的逆变器输出功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器温控系统，包括安装于散热器上的IGBT模组，所述散热器上布置至少一个热观察点，通过温度传感器或热敏器件将采集的热观察点的温度信号，并通过温度采集电路将温度信号传输至控制器，控制器根据热观察点的温度进行温度控制。本发明同时还公开了一种基于温控系统的逆变器输出功率控制方法。该方法在保障逆变器有一定输出功率的前提下，当采集到的热观察点的温度过高时，按照一定步进量降低输出功率，控制温度继续升高而损坏IGBT模组，在保障逆变器输出功率的同时又控制了温度，避免IGBT模组损坏，克服了传统方法为控制温度而牺牲逆变器输出功率的问题。

Description

逆变器温控系统及基于温控的逆变器输出功率控制方法

技术领域

本发明涉及光伏逆变器技术领域，特别涉及一种逆变器温控系统及基于温控的逆变器输出功率控制方法。

背景技术

光伏逆变器是一种主要由晶体管等开关元件组成的电力调整装置，用于把太阳能电池板的直流电力转换成交流电力。太阳能电池板吸收光照，当太阳光照比较强烈时，光伏逆变器容易运行在满载或者高载情况下，此时由于电流过大，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的温度会迅速上升，若光伏逆变器正好处于气候炎热地区或气温较高季节，则会导致IGBT的温度超过额定工作温度范围，从而损坏IGBT，带来重大损失。因此，在保障光伏逆变器高功率运行条件下需要对IGBT进行温控保护，避免高温下被损坏。

目前通常采用的方法是检测光伏系统温度，当温度较高时停止逆变器工作，避免长时间高温对IGBT造成损害。通过停机保护可以避免IGBT因高温损坏，但是逆变器停止工作会造成光伏系统能量缺失，对用户造成更大的损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种逆变器温控系统，同时提供一种基于温控的逆变器输出功率控制方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种逆变器温控系统，包括三相逆变桥和控制器，所述三相逆变桥的IGBT模组安装于散热器上，所述散热器上布置至少一个热观察点，每个热观察点处布置一个温度传感器或热敏器件，所述温度传感器或热敏器件连接温度采集电路，所述温度采集电路连接控制器；温度传感器或热敏器件将采集的热观察点的温度信号通过温度采集电路传输至控制器，控制器根据热观察点的温度进行温度控制。

较优的，所述控制器连接有报警器。

应用上述温控系统实现基于温控的逆变器输出功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1：温度传感器或热敏器件检测各个热观察点的温度，并将各个热观察点的温度信号经过温度采集电路传输至控制器；

步骤2：控制器从获取的温度信号中选取最高温度值作为温控判定值；

步骤3：控制器判断温控判定值是否超过设定的起调温度值，如果温控判定值超过起调温度值，则控制器控制温控调节输出给定值按照步进调节量递减，否则控制器控制温控调节输出给定值按照步进调节量递增；然后控制器将温控调节输出给定值与光伏逆变器最大功率跟踪给定值进行比较，选取较小的值输出。

上述方法中，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-2：控制器判断温控判定值是否超过设定的起调温度值，如果温控判定值超过设定的起调温度值，则进入步骤3-3，否则控制当前温控调节输出给定值=温控调节输出给定值＋步进调节量，然后进入步骤3-6；

步骤3-3：判断是否是初次进入温控调节阶段，如果是则设置温控调节输出给定值为光伏逆变器最大功率跟踪给定值，然后进入步骤3-4，否则直接进入步骤3-4；

步骤3-4：控制当前温控调节输出给定值=温控调节输出给定值－步进调节量，然后进入步骤3-5；

步骤3-5：判断温控调节输出给定值是否小于设定的温度调控最小输出限制值，如果是则设置温控调节输出给定值是为温度调控最小输出限制值，然后进入步骤3-7，否则直接进入步骤3-7；

步骤3-6：判断温控调节输出给定值是否大于设定的温度调控最大输出限制值，如果是则设置温控调节输出给定值为温度调控最大输出限制值，然后进入步骤3-7，否则直接进入步骤3-7；

步骤3-7：判断设定的温度调控最大输出限制值是否大于温控调节输出给定值，如果是则输出温控调节输出给定值，否则输出温度调控最大输出限制值。

较优的，所述步骤3-2之前还包括步骤3-1：判断累计计数时间是否达到设定的温度调节周期，如果是则进入步骤3-2，否则返回步骤2。设置温度调节周期，当累计计数时间达到设的温度调节周期才进行温度调节，否则不进行温度调节，其目的是避免温度调节过于频繁。温度变化比较缓慢，调节过于频繁会使得输出变出过于频繁而影响输出电能质量。

较优的，所述步骤3-4中，在控制当前温控调节输出给定值=温控调节输出给定值－步进调节量的同时，还控制报警器发出报警信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明逆变器温控系统，IGBT模组安装于散热器上，通过温度传感器或热敏器件检测散热器上各热观察点的温度，控制器根据采集的温度进行输出功率控制。基于温控的逆变器输出功率控制方法，在保障逆变器不停机且有一定输出功率的前提下，当采集到的热观察点的温度过高时，按照一定步进量降低输出功率，避免温度继续升高而损坏IGBT模组，在保障逆变器输出功率的同时又控制了温度，避免IGBT模组损坏，克服了传统方法为控制温度而牺牲逆变器输出功率的问题。当温度达到起调温度值才进行温度调节，在保障IGBT模组不被损坏的同时尽可能的使得逆变器输出最大的能量。

附图说明：

图1为本发明逆变器温控系统结构示意图。

图2为本发明基于温控的逆变器功率控制方法流程图。

图3为基于温度控制的逆变器输出功率试验数据图。

图中标记：1-电池板，2-直流滤波电容，3-三相逆变桥，4-数据采集器，5-控制器，6-输出滤波单元，7-散热器，8-热观察点，9-温度采集电路，10-报警器。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

参考图1，本实施例列举的逆变器温控系统包括逆变器，逆变器包括电池板1，电池板连接直流滤波电容2，电池板1和直流滤波电容2构成逆变器的输入单元。直流滤波电容2连接三相逆变桥3的输入端，三相逆变桥3的输出端连接输出滤波单元6的输入端，输出滤波单元6的输出端接入电网。输出滤波单元6和输入单元分别连接有数据采集器4，三相逆变桥3与数据采集器4之间设有控制器5。两个数据采集器4分别采集逆变器的输入输出信息，控制器5根据逆变器的输入输出信息进行逆变控制。三相逆变桥3的IGBT模组安装于散热器7上，一个散热器7上布置多个热观察点8，通过温度传感器或热敏器件对各个热观察点8进行温度检测，然后经过温度采集电路9将温度信号传输至控制器5，控制器5将多个热观察点中温度最高的热观察点的温度作为温控判定值，根据该温控判定值进行温度保护控制，当温控判定值超过设定阈值时，通过与控制器5连接的报警器10发出报警信号。逆变器中可能设置多个三相逆变桥，一个三相逆变桥中的IGBT模组安装于至少一个散热器上，根据三相逆变桥和散热器的数量，在散热器的不同位置布置多个热观察点，避免热度不均匀及不同散热器上存在温差导致温控判定值选取不合适。

本发明基于温控的逆变器功率控制方法,首先通过温度传感器或热敏器件检测各个热观察点的温度，并将温度信号经过温度采集电路传输至控制器；然后控制器从所有的热观察点中选取温度最高的温度观察点的温度值作为温控判定值，并判断该温控判定值是否超过设定的起调温度值STemp；如果超过则进入温控状态，温控调节输出给定值RData按照步进调节量递减，如果没有超过则温控调节输出给定值RData按照步进调节量递增；最后比较温控调节输出给定值RData与光伏逆变器最大功率跟踪给定值MPPTData，选取较小的值作为功率输出值控制逆变器输出。

如图2所示，控制器执行控制过程流程图。设置初次进入高温减少处理状态字ReduceFlag，ReduceFlag=0表示初次进入温控调节过程，通过减少输出功率来降低温度，每次当温度回归到正常都会清零，ReduceFlag=1表示非初次进入高温减少处理过程，即在这之前已进行过高温减少处理。MaxTemp为温控判定值，指的是从多个热观察点T1、T2、T3（包括同个散热器和不同散热器上的热观察点）中选取的最高温度值。STemp为起调温度值，RTime为累计计数时间标志，经过周期累加，当RTime达到设定的温度调节周期STime，且MaxTemp大于STemp时，进入温控调节阶段。RData为温控调节输出给定值，MPPTData为光伏逆变器最大功率跟踪给定值。当出现过热时，MPPTData不能够完全根据最大功率输出，系统输出能力将受到限制，从而保护IGBT功率器件。SrData为步进调节量，温度超标后的调节步进。MinLimData为温度调控最小输出限制值，目的是确保系统不能够因为温度而无限制降低输出能力，MaxLimData为温度调控最大输出限制值，确保温度不高时，不会无限制调高限制比率。WarnFlag为输出报警状态字，当WarnFlag=1，表示进入温度限制状态，控制报警器发出报警指示。

如图2所示，在光伏逆变器温控系统开始运行后，控制器循环执行以下步骤：

B01：对状态字进行初始化，将ReduceFlag、RTime、WarnFlag清零，即ReduceFlag=0，RTime=0，WarnFlag=0。

B02：判断所有的热观察点的温度大小，选取最高温度值作为温控判定值MaxTemp，具有该最高温度值的热观察点则为温控判定点。

B03：判断累计计数时间RTime是否达到设定的温度调节周期STime，如果RTime没有达到STime，则返回步骤B02，否则进入步骤B04。

B04：判断MaxTemp是否超过设定的起调温度值STemp，如果MaxTemp＞STemp，则进入步骤B05，否则进入步骤B10。

B05：判断ReduceFlag=0是否成立，即判断是否是初次进入温控调节阶段，如果是则进入步骤B06，否则进入步骤B07。

B06：配置RData=MPPTData，即将温控调节输出给定值RData设定为光伏逆变器最大功率跟踪给定值MPPTData，并将ReduceFlag置1，然后进入步骤B07。

B07：配置RData=RData-SrData，即是说，将当前RData在前一次的基础上减少步进调节量SrData，同时将WarnFlag置1，控制报警器产生报警信息，然后进入步骤B08。

B08：判定RData是否小于MinLimData，即判断调节后的温控调节输出给定值是否减少到小于设定的温度调控最小输出限制值，如果是则进入步骤B09，否则进入步骤B13。

B09：将RData设置为MinLimData。设置RData为MinLimData，目的是避免在进行温度控制时导致输出功率不断降低，以至于低于温度调控最小输出限制值。对于逆变器系统本身温度的原因使得输出不能够达到设定的最低限值时，说明系统本身可能已经存在问题，此时报警器将持续报警告知用户。当然的，如果系统持续高温且达到不能容忍的温度上限值时，系统将停止输出。温度上限值一般根据IGBT模组可正常工作的最高温度及散热器上其他器件温度上限（如母线滤波电容）而定，并增加一定的裕量。例如本实施例中，温度上限值设定为85摄氏度。步骤B09之后将进入步骤B13。

B10：将ReduceFlag清零，配置RData=RData+SrData，即是说，将当前RData在前一次的基础上增加步进调节量SrData，同时将WarnFlag清0，然后进入步骤B11。

B11：判断RData是否大于MaxLimData，即判断调节后的温控调节输出给定值是否增加到大于设定的温度调控最大输出限制值，如果是则进入步骤B12，否则直接进入步骤B13。

B12：将RData设定为MaxLimData，然后进入步骤B13。

B13：判断当前系统MPPTData是否大于RData，如果是则系统最终输出RData，如果不是则系统输出MPPTData。

本发明温控系统经过在光伏并网逆变装置中进行严格实验，光伏电池板通过光伏模拟装置模拟一天光照情况，起调温度值STemp设定为45摄氏度（此处起调温度值设定为45摄氏度是进行试验而设定的，实际使用中正常逆变装置的起调温度值可设定在75摄氏度），达到使系统提前进入功率限制的目的，实验结果如图3所示。由图3可知，当光照不断加强时，系统MPPT输出比率提升，而散热器温度在环境温度20℃基础上也不断上升，在t1时刻，系统达到设定的温度调节限制值，由此系统进入温控调节阶段，输出始终维持在一个相对较高且温度不会过高的输出值，直到t2时刻光伏模拟装置输出能力下降，从而温度自然下降到环境温度，在控制温度的同时保障系统输出功率。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (4)

1.一种基于温控的逆变器输出功率控制方法，采用的逆变器温控系统包括三相逆变桥和控制器，所述三相逆变桥的IGBT模组安装于散热器上，所述散热器上布置至少一个热观察点，每个热观察点处布置一个温度传感器或热敏器件，所述温度传感器或热敏器件连接温度采集电路，所述温度采集电路连接控制器；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：温度传感器或热敏器件检测各个热观察点的温度，并将各个热观察点的温度信号经过温度采集电路传输至控制器；

步骤2：控制器从获取的温度信号中选取最高温度值作为温控判定值；

步骤3：控制器判断温控判定值是否超过设定的起调温度值，如果温控判定值超过起调温度值，则控制器控制温控调节输出给定值按照步进调节量递减，否则控制器控制温控调节输出给定值按照步进调节量递增；然后控制器将温控调节输出给定值与光伏逆变器最大功率跟踪给定值进行比较，选取较小的值输出。

2.根据权利要求1所述的基于温控的逆变器输出功率控制方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-2：控制器判断温控判定值是否超过设定的起调温度值，如果温控判定值超过设定的起调温度值，则进入步骤3-3，否则控制当前温控调节输出给定值＝温控调节输出给定值+步进调节量，然后进入步骤3-6；

步骤3-3：判断是否是初次进入温控调节阶段，如果是则设置温控调节输出给定值为光伏逆变器最大功率跟踪给定值，然后进入步骤3-4，否则直接进入步骤3-4；

步骤3-4：控制当前温控调节输出给定值＝温控调节输出给定值－步进调节量，然后进入步骤3-5；

步骤3-5：判断温控调节输出给定值是否小于设定的温度调控最小输出限制值，如果是则设置温控调节输出给定值是为温度调控最小输出限制值，然后进入步骤3-7，否则直接进入步骤3-7；

步骤3-6：判断温控调节输出给定值是否大于设定的温度调控最大输出限制值，如果是则设置温控调节输出给定值为温度调控最大输出限制值，然后进入步骤3-7，否则直接进入步骤3-7；

步骤3-7：判断设定的温度调控最大输出限制值是否大于温控调节输出给定值，如果是则输出温控调节输出给定值，否则输出温度调控最大输出限制值。

3.根据权利要求2所述的基于温控的逆变器输出功率控制方法，其特征在于，所述步骤3-2之前还包括步骤3-1：判断累计计数时间是否达到设定的温度调节周期，如果是则进入步骤3-2，否则返回步骤2。

4.根据权利要求2所述的基于温控的逆变器输出功率控制方法，其特征在于，所述步骤3-4中，在控制当前温控调节输出给定值＝温控调节输出给定值－步进调节量的同时，还控制报警器发出报警信号。