CN104300774A - 一种单相并网逆变器的启动装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及并网逆变器技术领域，特别涉及一种单相并网逆变器的启动装置和控制方法。所述启动装置包括一启动开关，一启动电阻，一运行开关，一控制器，一手动按钮。本发明公开了一种控制所述启动装置的方法，采用所述启动装置和控制方法，可以使单相并网逆变器的直流电压缓慢上升到工作电压而避免过冲损坏；并可在启动电阻电流完全降为零后才开始工作，避免了启动电阻功耗和发热过大；可以使得所述并网逆变器产生的交流正弦电流能直接从电网电压过零点开始输出，完全无冲击，避免了对并网逆变器自身造成损坏或影响单相交流电网正常工作。

Description

一种单相并网逆变器的启动装置和控制方法
技术领域
本发明涉及并网逆变器技术领域，特别涉及一种单相并网逆变器的启动装置和控制方法。 
背景技术
近年来，随着环境污染的日益加剧和化石能源的不断紧缺，可再生能源由于具有清洁安全、无污染、可再生等优点而越来越受到人们的关注，并网逆变器的应用也越来越广泛。并网逆变器是将直流电转换为工频交流电，直接与电网连接并向电网输送电能的一种装置，可应用在太阳能、燃料电池、电池储能等多种分布式发电系统中。 
此外，随着随着电力电子装置的广泛应用，电力系统中的谐波和不对称日趋严重，并网逆变器也可应用在有源电力滤波、无功电压补偿、有源电压质量调节等多种场合，来补偿电力系统中的谐波和不对称。 
由于并网逆变器输出端通过电感与电网相连，阻抗非常低，而电网电压较高，根据i=Ldv/dt，启动时容易在逆变器输出端产生较大的电流冲击。在局部单相小电网中，启动电流冲击不仅容易误触发保护动作导致逆变器启动失败，可能损坏并网逆变器内部元器件，严重时甚至会影响单相小电网内的电能质量。 
因此，在不增加系统成本的情况下，有必要设计一种用于单相逆变器的启动装置和控制方法，以降低逆变器启动电流冲击。 
发明内容
针对现有技术中的并网逆变器与交流电网并网时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种单相并网逆变器的启动装置和控制方法。 
本发明的技术方案如下： 
一种单相并网逆变器的启动装置，包括一启动开关，一启动电阻，一运行开关，一控制器，一手动按钮，所述启动开关与启动电阻相互串联后，与运行开关相并联；所述运行开关连接于单相交流电网和所述并网逆变器之间；所述控制器包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、一第二输出端、一第三输出端和一第四输出端，所述第一输入端用于接收和检测所述逆变器的电气信号，所述第二输入端用于接收和检测所述手动按钮的信号，所述第一输出端用于发送第一控制信号以闭合或断开启动开关，所述第二输出端用于发送第二控制信号以闭合或断开运行开关，所述第三输出端用于发送第三控制信号以控制并网逆变器的数字比例积分调节器，所述第四输出端用于发送第四控制信号以控制并网逆变器的开关驱动信号。
    针对一种单相并网逆变器的启动装置，提出了一种启动装置的控制方法，包括： 
 控制器通过第一输入端检测所述并网逆变器的直流电压，以及单相交流电网的交流电压、频率、相位和过零点； 
当所述直流电压超过直流电压阈值，且所述交流电压和频率在正常范围内时，控制器通过第二输入端检测所述手动按钮的开关信号； 
当检测到所述手动按钮的开关信号为闭合状态时，控制器通过第一输出端发送第一控制信号以闭合所述启动开关；
控制器延时一时间周期td1，通过第二输出端发送第二控制信号，以闭合所述运行开关；
控制器延时一时间周期td2，通过第三输出端发送第三控制信号，启动所述数字比例积分调节器，并将所述数字比例积分调节器的输出值设为0；将所述数字比例积分调节器的误差值设为0；将所述数字比例积分调节器的积分累加值设为0；
控制器通过第四输出端发送第四控制信号，将所述并网逆变器开关驱动信号的上桥臂驱动信号脉宽和下桥臂驱动信号脉宽均设置为 50%，并启动所述并网逆变器的开关驱动信号；其中，td1、td2为时间周期变量。
    其中，所述直流电压阈值根据所述并网逆变器运行模式的不同，为额定交流电压峰值的0.6或1.1倍；若并网逆变器工作在功率输出模式，则所述直流电压阈值为额定交流电压峰值的1.1倍；若并网逆变器工作在电能质量补偿模式，则所述直流电压阈值为额定交流电压峰值的0.6倍。 
所述交流电压和频率在正常范围内，是指所述交流电压为额定交流电压的0.85~1.2倍，且所述交流频率处于额定交流频率±0.5Hz的范围内。 
所述延时时间周期td1大于0，且所述延时时间周期td1的最小值取决于所述并网逆变器运行的模式；若并网逆变器工作在功率输出模式，则所述延时时间周期td1不小于所述启动开关闭合所需要的时间；若并网逆变器工作在电能质量补偿模式，则所述延时时间周期td1不小于所述直流电压达到所述交流电压峰值0.8倍的时间。 
    所述延时时间周期td2大于0，且不小于所述运行开关闭合所需要的时间。 
    所述第三控制信号和第四控制信号的发送时间，为电网电压过零点。 
    本发明所阐述的一种单相并网逆变器的启动装置和控制方法，其有益效果在于： 
    一、该发明使得所述并网逆变器的直流电压缓慢上升到工作电压，避免了电压快速升高或过压造成的并网逆变器直流电容损坏。
       二、该发明使得所述并网逆变器在启动电阻电流完全降为零后才开始工作，避免了启动电阻功耗和发热过大。 
       三、该发明使得所述并网逆变器产生的交流正弦电流能直接从电网电压过零点开始输出，完全无冲击，避免了对并网逆变器自身造成损坏或误触发保护。 
附图说明
图1为一种单相并网逆变器的启动装置结构图。 
图2为控制器检测到的交流电压波形。 
图3为单相并网逆变器上桥臂和下桥臂驱动信号。 
图4为启动时刻输出交流电压和输出交流电流波形图。 
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。 
如图1所示，一种单相并网逆变器的启动装置包括一启动开关，一启动电阻，一运行开关，一控制器，一手动按钮。 
在本实施例中，启动开关与启动电阻串联后，再与运行开关形成并联支路，所述并联支路的一端与单相并网逆变器通过电感相连，另一端与单相交流电网一端相连。 
在本实施例中，所述控制器由嵌入式数字控制芯片及其外围电路组成，包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、一第二输出端、一第三输出端和一第四输出端，所述第一输入端用于接收和检测所述逆变器的电气信号，包括单相并网逆变器的直流电压和交流电压，所述第二输入端用于接收和检测所述手动按钮的信号，在本实施例中，高电平表示手动按钮闭合，低电平表示手动按钮断开，所述第三输出端用于发送第三控制信号以控制并网逆变器的数字比例积分调节器，所述数字比例积分调节器用来间接控制并网逆变器每个开关周期的开关驱动信号，所述第四输出端用于发送第四控制信号以直接控制并网逆变器的开关驱动脉冲信号。 
    针对本发明的一种单相并网逆变器的启动装置，提出了一种启动装置的控制方法，包括： 
    通过第一输入端检测所述并网逆变器的直流电压和以及交流电压，并通过所述控制器的嵌入式数字控制芯片计算出交流电压幅值、频率、相位和过零点。
       当所述直流电压超过直流电压阈值时，且所述交流电压和频率在正常范围内时，控制器认为并网逆变器具备启动条件，并通过第二输入端检测所述手动按钮的开关信号。 
其中，所述直流电压阈值根据所述并网逆变器运行模式的不同，为额定交流电压峰值的0.6或1.1倍。若并网逆变器工作在功率输出模式，则所述直流电压阈值为额定交流电压峰值的1.1倍；若并网逆变器工作在电能质量补偿模式，则所述直流电压阈值为额定交流电压峰值的0.6倍。 
所述交流电压和频率在正常范围内，是指所述交流电压为额定交流电压的0.85~1.2倍，且所述交流频率处于额定交流频率±0.5Hz的范围内。 
       当检测到所述手动按钮的开关信号为闭合状态时，发送第一控制信号以闭合所述启动开关，在本实施例中，若所述手动按钮的开关信号为断开状态时，控制器发送相反的第一控制信号以断开所述启动开关，并间隔固定时间（如0.5s）周期性检测所述手动按钮的开关信号。 
       延时一时间周期td1。所述延时时间周期td1大于0，且所述延时时间周期td1的最小值取决于所述并网逆变器运行的模式，若并网逆变器工作在功率输出模式，则所述延时时间周期td1不小于所述启动开关闭合所需要的时间；若并网逆变器工作在电能质量补偿模式，则所述延时时间周期td1不小于所述直流电压达到所述交流电压峰值0.8倍的时间；在本实施例中，所述延时时间周期td1可表示为： ，其中R为启动电阻，C为并网逆变器直流侧电容，U0为直流侧初始电压，Upk为交流侧峰值电压。 
       发送第二控制信号，以闭合所述运行开关。 
       延时一时间周期td2。所述延时时间周期td2大于0，且不小于所述运行开关闭合所需要的时间。 
       控制器通过频率和相位数据进行计算，如图2所示，在预估到下一个电网电压过零点来临时，发送第三控制信号，启动所述数字比例积分调节器，并将所述数字比例积分调节器的输出值设为0；将所述数字比例积分调节器的误差值设为0；将所述数字比例积分调节器的积分累加值设为0。 
       在所述电网电压过零点处，发送第四控制信号，如图3所示，将所述并网逆变器开关驱动信号的上桥臂驱动信号脉宽和下桥臂驱动信号脉宽均设置为 50%，并启动所述并网逆变器的开关驱动信号。 
所述单相并网逆变器启动完成后，所述运行开关将所述启动开关和启动电阻的串联支路短路，所述启动电阻上不再有电流流过；所述数字比例积分调节器开始工作，并控制单相并网逆变器的开关器件，如图4所示，使单相并网逆变器输出与单相交流电网相位一致的电流。 
对于具体实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本发明，而不是用来限制本发明的。本领域技术人员均可以利用本发明的思想进行一些改动和变化，只要其技术手段没有脱离本发明的思想和要点，仍然在本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种单相并网逆变器的启动装置，包括一启动开关，一启动电阻，一运行开关，一控制器，一手动按钮，其特征在于：所述启动开关与启动电阻相互串联后，与运行开关相并联；所述运行开关连接于单相交流电网和所述并网逆变器之间；所述控制器包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、一第二输出端、一第三输出端和一第四输出端，所述第一输入端用于接收和检测所述逆变器的电气信号，所述第二输入端用于接收和检测所述手动按钮的信号，所述第一输出端用于发送第一控制信号以闭合或断开启动开关，所述第二输出端用于发送第二控制信号以闭合或断开运行开关，所述第三输出端用于发送第三控制信号以控制并网逆变器的数字比例积分调节器，所述第四输出端用于发送第四控制信号以控制并网逆变器的开关驱动信号。
2. 一种单相并网逆变器的启动装置的控制方法，其特征在于：
控制器通过第一输入端检测所述并网逆变器的直流电压，以及单相交流电网的交流电压、频率、相位和过零点； 
当所述直流电压超过直流电压阈值，且所述交流电压和频率在正常范围内时，控制器通过第二输入端检测所述手动按钮的开关信号； 
当检测到所述手动按钮的开关信号为闭合状态时，控制器通过第一输出端发送第一控制信号以闭合所述启动开关；
控制器延时一时间周期td1，通过第二输出端发送第二控制信号，以闭合所述运行开关；
控制器延时一时间周期td2，通过第三输出端发送第三控制信号，启动所述数字比例积分调节器，并将所述数字比例积分调节器的输出值设为0；将所述数字比例积分调节器的误差值设为0；将所述数字比例积分调节器的积分累加值设为0；
控制器通过第四输出端发送第四控制信号，将所述并网逆变器开关驱动信号的上桥臂驱动信号脉宽和下桥臂驱动信号脉宽均设置为 50%，并启动所述并网逆变器的开关驱动信号；
其中，td1、td2为时间周期变量。
3. 根据权利要求2所述的一种单相并网逆变器的启动装置的控制方法，其特征在于：所述直流电压阈值根据所述并网逆变器运行模式的不同，为额定交流电压峰值的0.6或1.1倍；
根据权利要求2所述的一种单相并网逆变器的启动装置的控制方法，其特征在于：所述交流电压和频率在正常范围内，是指所述交流电压为额定交流电压的0.85~1.2倍，且所述交流频率处于额定交流频率±0.5Hz的范围内。
4. 根据权利要求2所述的一种单相并网逆变器的启动装置的控制方法，其特征在于：所述延时时间周期td1大于0，且所述延时时间周期td1的最小值取决于所述并网逆变器运行的模式。
5. 根据权利要求2所述的一种单相并网逆变器的启动装置的控制方法，其特征在于：所述延时时间周期td2大于0，且不小于所述运行开关闭合所需要的时间；
根据权利要求2所述的一种单相并网逆变器的启动装置的控制方法，其特征在于：所述第三控制信号和第四控制信号的发送时间，为电网电压过零点。
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