CN104410308A - 防止能量反灌的方法、装置、电气设备和光伏系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了防止能量反灌的方法、装置、电气设备和光伏系统，其中该方法包括：当光伏系统中存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述五电平逆变器前级的Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式，以防止五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量。

Description

防止能量反灌的方法、装置、电气设备和光伏系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及防止能量反灌的方法、装置、电气设备和光伏系统。
背景技术
图1所示五电平逆变器10的直流侧接光伏电池板20，用以接收PV输入电压，所述PV输入电压跨接在电容C1的正端和电容C2的负端，同时所述PV输入电压还经五电平逆变器10前级的Boost电路50升压后跨接在电容C3的正端和电容C4的负端。五电平逆变器10的网侧输出经滤波器30滤波、变压器40升压后送入电网，在不同的开关管开通状态组合下，五电平逆变器10交替输出+1电平、-1电平、+2电平、-2电平以及母线中点对应的零电平。
五电平逆变器10在电网故障、扰动等情况下并网运行时，或者在夜间PV输入电压极低的情况下需要启动五电平逆变器10时，均可能出现五电平逆变器10直流侧的能量反灌入光伏电池板20的情况，不仅对光伏电池板20造成损坏，还会降低整个光伏系统的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供防止能量反灌的方法、装置、电气设备和光伏系统，以防止五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量。
一种防止能量反灌的方法，包括：
当光伏系统中存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述五电平逆变器前级的Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
一种防止能量反灌的装置，包括：
判断单元，用于判断光伏系统中是否存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患；
控制单元，用于在判断得到光伏系统中存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述五电平逆变器前级的Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
一种电气设备，应用于光伏系统，所述电气设备包括：五电平逆变器和控制器；
所述控制器与所述五电平逆变器及所述五电平逆变器前级的Boost电路相连，用于当光伏系统中存在所述五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
一种电气设备，应用于光伏系统，所述电气设备包括：Boost电路和控制器；
所述控制器与所述Boost电路及所述Boost电路后级的五电平逆变器相连，用于当光伏系统中存在所述五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
一种光伏系统，包括：光伏电池板、五电平逆变器以及所述五电平逆变器前级的Boost电路，此外，还包括：
与所述五电平逆变器和所述Boost电路相连的控制器，用于当光伏系统中存在所述五电平逆变器直流侧向所述光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
可选地，所述光伏系统还包括：一端连接网侧，另一端连接所述五电平逆变器的±2直流母线的预充电电路。
可选地，所述光伏系统还包括：串接在所述光伏电池板与所述五电平逆变器直流侧之间的防反器件，用于防止能量反灌到所述光伏电池板。
其中，所述防反器件为防反二极管。
其中，所述防反器件为带有脱扣功能的接触器。
其中，所述防反器件为带有脱扣功能的断路器。
从上述的技术方案可以看出，本发明通过利用工作在三电平工作模式下的五电平逆变器内部开关管关断后的隔断作用，以及前级Boost电路停止运行后内部二极管的反向阻断作用，将光伏电池板与五电平逆变器直流侧完全隔开，从而防止了五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量；此外，本发明基于光伏系统现有拓扑实现，不需要增加系统的硬件成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术公开的一种光伏系统结构示意图；
图2a为本发明实施例公开的一种防止能量反灌的方法流程图；
图2b为本发明实施例公开的一种Boost电路拓扑结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种防止能量反灌的装置结构示意图；
图4为本发明实施例公开的一种光伏系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2a，本发明实施例公开了一种防止能量反灌的方法，以防止五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量，包括：
步骤21：判断光伏系统中是否存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患，若存在所述安全隐患，进入步骤22，否则返回步骤21；
步骤22：控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式(所述五电平逆变器可以是从五电平工作模式切换到所述三电平工作模式，也可以是直接以所述三电平工作模式启动)，同时控制所述五电平逆变器前级的Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
结合图1，五电平逆变器10正常运行在五电平工作模式时，在不同的开关管开通状态组合下，交替输出+1、-1、+2、-2和0五个电平。光伏电池板20的PV输入电压接入±1直流母线，±1直流母线电压经Boost电路50(Boost电路50包括正负两组Boost电路，分别是正Boost电路51和负Boost电路52)升压得到±2直流母线电压。具体的：
当连接光伏电池板20的正PV端口与网侧的开关管S1Pos导通时，五电平逆变器10对应输出+1电平；当连接光伏电池板20的负PV端口与网侧的开关管S1Neg导通时，对应输出-1电平；当连接母线中点与网侧的开关管S0导通时，对应输出0电平；当连接正Boost电路51与网侧的开关管S2Pos导通时，对应输出+2电平；当连接负Boost电路52与网侧的开关管S2Neg导通时，对应输出-2电平。
五电平逆变器10在电网故障、扰动等情况下并网运行时，或者在夜间PV输入电压极低的情况下需要启动五电平逆变器10以运行SVG(Static VarGenerator，静止无功发生器)等功能时，为防止有能量反灌到光伏电池板20。本实施例采取了如下措施：
一方面，控制五电平逆变器10并网工作在三电平工作模式，在该三电平工作模式下，开关管S2Pos、S2Neg和S0工作，S1Pos和S1Neg保持关断，五电平逆变器10交替输出+2电平、-2电平和0电平。由于S1Pos和S1Neg关断后的隔断作用，网侧能量不会通过±1直流母线反灌到光伏电池板20；
另一方面，控制Boost电路50保持停止运行的状态，由于此时Boost电路50内所有开关管均不动作，在Boost电路50内部二极管的反向阻断作用下(Boost电路50可以是单向Boost电路，也可以是双向Boost电路，图2b仅给出一种双向Boost电路的拓扑结构，虚线框内元件即为起到反向阻断作用的二极管)，网侧能量也不会通过±2直流母线反灌到±1直流母线及光伏电池板20。
可见，本实施例通过利用S1Pos和S1Neg关断后的隔断作用，以及Boost电路50停止运行后内部二极管的反向阻断作用，将光伏电池板20与五电平逆变器10直流侧完全隔开，从而防止了五电平逆变器10直流侧向光伏电池板20反灌能量。此外，本实施例基于光伏系统现有拓扑实现，不需要增加系统的硬件成本。
参见图3，本发明实施例公开了一种防止能量反灌的装置，以防止五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量，包括：
判断单元31，用于判断光伏系统中是否存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患；
和控制单元32，用于在判断得到光伏系统中存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述五电平逆变器前级的Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
对于实施例公开的装置而言，由于其与上述实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本发明实施例公开了一种电气设备，以防止五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量，包括：五电平逆变器和控制器；
所述控制器与所述五电平逆变器及所述五电平逆变器前级的Boost电路相连，用于当光伏系统中存在所述五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
此外，本发明实施例还公开了又一种电气设备，以防止五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量，包括：Boost电路和控制器；
所述控制器与所述Boost电路及所述Boost电路后级的五电平逆变器相连，用于当光伏系统中存在所述五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述Boost电路保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
此外，参见图4，本发明实施例还公开了一种光伏系统，以防止五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量，包括五电平逆变器10、光伏电池板20、以及五电平逆变器20前级的Boost电路30，此外，还包括：
与五电平逆变器10和Boost电路30相连的控制器40，用于当光伏系统中存在五电平逆变器10直流侧向光伏电池板20反灌能量的安全隐患时，控制五电平逆变器10并网工作在三电平工作模式，同时控制Boost电路30保持停止运行的状态；其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
优选的，仍参见图4，所述光伏系统还包括：一端连接网侧，另一端连接五电平逆变器10的±2直流母线的预充电电路50。
由于五电平逆变器10启动时所需要的直流侧电压高于光伏电池板20的PV开路电压，因此在启动五电平逆变器10前首先需要建立±2直流母线电压，具体的，可利用以网侧作为能量输入的预充电电路50对其进行预充电来建立。
优选的，所述光伏系统还包括：串接在光伏电池板20与五电平逆变器10直流侧之间的防反器件，用于防止能量反灌到光伏电池板20。所述防反器件可采用防反二极管VD(如图4所示)，也可以采用带有脱扣功能的接触器或断路器，用于在需要的时候切断光伏电池板20与五电平逆变器10直流侧的连接通路，防止有能量反灌入光伏电池板20。
在硬件成本允许的情况下，可在光伏系统中引入所述防反器件，其与控制器40共同发挥发挥作用，实现对光伏系统的双重保护。
综上所述，本发明通过利用工作在三电平工作模式下的五电平逆变器内部开关管关断后的隔断作用，以及前级Boost电路停止运行后内部二极管的反向阻断作用，将光伏电池板与五电平逆变器直流侧完全隔开，从而防止了五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量；此外，本发明基于光伏系统现有拓扑实现，不需要增加系统的硬件成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种防止能量反灌的方法，其特征在于，包括：
当光伏系统中存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述五电平逆变器前级的Boost电路保持停止运行的状态；
其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
2.一种防止能量反灌的装置，其特征在于，包括：
判断单元，用于判断光伏系统中是否存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患；
和控制单元，用于在判断得到光伏系统中存在五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述五电平逆变器前级的Boost电路保持停止运行的状态；
其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
3.一种电气设备，应用于光伏系统，其特征在于，所述电气设备包括：五电平逆变器和控制器；
所述控制器与所述五电平逆变器及所述五电平逆变器前级的Boost电路相连，用于当光伏系统中存在所述五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述Boost电路保持停止运行的状态；
其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
4.一种电气设备，应用于光伏系统，其特征在于，所述电气设备包括：Boost电路和控制器；
所述控制器与所述Boost电路及所述Boost电路后级的五电平逆变器相连，用于当光伏系统中存在所述五电平逆变器直流侧向光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述Boost电路保持停止运行的状态；
其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
5.一种光伏系统，包括：光伏电池板、五电平逆变器以及所述五电平逆变器前级的Boost电路，其特征在于，还包括：
与所述五电平逆变器和所述Boost电路相连的控制器，用于当光伏系统中存在所述五电平逆变器直流侧向所述光伏电池板反灌能量的安全隐患时，控制所述五电平逆变器并网工作在三电平工作模式，同时控制所述Boost电路保持停止运行的状态；
其中，所述三电平工作模式是指所述五电平逆变器输出+2电平、-2电平和0电平的工作模式。
6.根据权利要求5所述的光伏系统，其特征在于，还包括：一端连接网侧，另一端连接所述五电平逆变器的±2直流母线的预充电电路。
7.根据权利要求5所述的光伏系统，其特征在于，还包括：串接在所述光伏电池板与所述五电平逆变器直流侧之间的防反器件，用于防止能量反灌到所述光伏电池板。
8.根据权利要求7所述的光伏系统，其特征在于，所述防反器件为防反二极管。
9.根据权利要求7所述的光伏系统，其特征在于，所述防反器件为带有脱扣功能的接触器。
10.根据权利要求7所述的光伏系统，其特征在于，所述防反器件为带有脱扣功能的断路器。
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