CN104917365B - 一种限流方法及限流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种限流方法及限流装置，通过逆变器的控制系统检测逆变器输出的三相电流，当判断三相电流中任意一相电流的峰值超过预设的电流阈值时，封锁逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小；并当判断对于逆变器的PWM脉冲的封锁已经累计了n个开关周期时，开放逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的比例环节逐渐恢复至减小前的系数。限流方法通过上述步骤可以有效的抑制逆变器在整个并网运行过程中出现的冲击电流峰值过大的情况，避免了逆变器可能受到的损坏。

Description

一种限流方法及限流装置

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种限流方法及限流装置。

背景技术

光伏逆变器发电并网中存在的瞬时冲击电流，给光伏逆变器中的电力电子开关和整个光伏系统带来很大的安全隐患，甚至导致光伏逆变器过电流保护或光伏逆变器的损坏。尤其在低电压穿越中，三相电网电压跌落至预设值电压最严重故障时，光伏逆变器由于来不及将积累在直流侧的能量平稳地输送给电网，而导致光伏逆变器输出的三相电流出现较大冲击电流或者振荡；而当三相电网电压恢复瞬间，由于锁相环输出误差等，仍可导致光伏逆变器输出较大的冲击电流，一旦超过光伏逆变器电流保护阈值就与电网断开，不能实现低电压穿越期间的不脱网运行这一基本技术指标，即低电压穿越失败。

另外，在其他逆变器的工作过程中，也经常缺少对于冲击电流的有效保护，因此，需要提供一种限流方法适用于逆变器的整个运行过程。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种限流方法及限流装置，为逆变器提供一种对冲击电流的限流保护。

一种限流方法，应用于逆变器，所述限流方法包括：

检测并判断所述逆变器输出的三相电流中任意一相电流的峰值是否超过预设的电流阈值；

当判断所述三相电流中任意一相电流的峰值超过所述预设的电流阈值时，封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小；

判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁是否已经累计了n个开关周期；其中，n为正整数；

当判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁已经累计了n个开关周期时，开放所述逆变器的PWM脉冲，并将所述PI控制器的积分环节和比例环节均恢复至减小前的系数。

优选的，还包括：

检测并判断电网电压是否跌落至预设值；

当判断所述电网电压跌落至所述预设值时，控制并网模式由最大功率点跟踪模式切换至恒母线电压模式，所述恒母线电压模式的母线电压给定值为并网模式切换前一时刻的母线电压瞬时值。

优选的，所述判断电网电压是否跌落至预设值的步骤包括：判断所述电网电压的正序分量是否小于所述电网电压的d轴额定值的20％。

优选的，当所述限流方法应用于光伏逆变器的低电压穿越时，在封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小的步骤之后还包括：向电网注入预设大小的无功电流。

优选的，当所述限流方法应用于光伏逆变器的低电压穿越完成后的电网电压恢复时，在开放所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节和比例环节均恢复至减小前的系数的步骤之后还包括：将无功电流切换至零，并逐步将有功电流恢复至跌落前的值。

优选的，所述预设的电流阈值小于所述逆变器的过流保护值，所述预设的电流阈值为额定电流的110％，所述逆变器的过流保护值为所述额定电流的120％。

一种限流装置，应用于逆变器的控制系统，所述限流装置包括：

第一判断单元，用于检测并判断所述逆变器输出的三相电流中任意一相电流的峰值是否超过预设的电流阈值；

与所述第一判断单元相连的封锁单元，用于当判断所述三相电流中任意一相电流的峰值超过所述预设的电流阈值时，封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小；

与所述封锁单元相连的第二判断单元，用于判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁是否已经累计了n个开关周期；其中，n为正整数；

与所述第二判断单元相连的恢复单元，用于当判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁已经累计了n个开关周期时，开放所述逆变器的PWM脉冲，并将所述PI控制器的积分环节和比例环节均恢复至减小前的系数。

优选的，还包括：

第三判断单元，用于检测并判断电网电压是否跌落至预设值；

与所述第三判断单元相连的切换单元，用于当判断所述电网电压跌落至所述预设值时，控制并网模式由最大功率点跟踪模式切换至恒母线电压模式，所述恒母线电压模式的母线电压给定值为并网模式切换前一时刻的母线电压瞬时值。

优选的，还包括：当所述限流装置应用于低电压穿越的光伏逆变器时，还包括：与所述第一判断单元相连的电流控制单元，用于在所述封锁单元封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小之后，向电网注入预设大小的无功电流。

优选的，所述电流控制单元还与所述第二判断单元相连，用于：在所述恢复单元开放所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节和比例环节均恢复至减小前的系数之后，将无功电流切换至零，并逐步将有功电流恢复至跌落前的值。

本发明公开的限流方法，通过对逆变器的PWM脉冲的封锁，使得所述逆变器输出的三相电流降低，再通过将所述PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小，使所述PI控制器的作用减小，进而使得由所述PI控制器导致的电流超调量减小，使所述逆变器输出的三相电流出现较大幅度的降低，进而实现了对于所述逆变器的保护。所述限流方法通过上述步骤可以有效的抑制所述逆变器在整个运行过程中出现的冲击电流峰值过大的情况，避免了所述逆变器可能受到的损坏。

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为本发明实施例公开的限流方法流程示意图；

图2为本发明另一实施例公开的限流方法的部分流程示意图；

图3为本发明另一实施例公开的限流装置的结构示意图。

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。

本发明提供了一种限流方法，应用于逆变器，所述逆变器具体可以为光伏逆变器、UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)或电力逆变器等设备，以解决现有技术缺少并网过程中面对冲击电流时对于逆变器的保护的问题。

具体的，所述限流方法，如图1所示，包括：

S101、检测并判断所述逆变器输出的三相电流中任意一相电流的峰值是否超过预设的电流阈值；

如在光伏逆变器低电压穿越中，三相电网电压跌落至预设值电压时，和当三相电网电压恢复瞬间，都有可能导致所述光伏逆变器输出较大的冲击电流(也即所述三相电流任一一相的峰值)，当所述冲击电流超过所述预设的电流阈值时，就有可能造成所述光伏逆变器的损坏。

S102、当判断所述三相电流中任意一相电流的峰值超过所述预设的电流阈值时，封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小；

所述PI控制器为一种线性控制器，用于根据给定值与被控对象的实际输出值构成控制偏差，将所述控制偏差的比例(P)和积分(I)通过线性组合构成控制量，对所述被控对象进行控制。

封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小，其中，比例环节逐渐减小具体为比例环节的比例系数逐渐减小，此时由于对所述逆变器的PWM脉冲的封锁，所述逆变器输出的三相电流会很快降低，但是如果在所述逆变器输出的三相电流降低之后再开放所述PWM脉冲，所述逆变器输出的三相电流会再次升高，多次反复限流保护之后得到的所述三相电流的波形将会是锯齿波。

本实施例又通过将所述PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小，使所述PI控制器的作用减小，进而使得由所述PI控制器导致的电流超调量减小，使所述逆变器输出的三相电流出现较大幅度的降低，即便是多次反复限流保护之后得到的所述三相电流的波形将会比所述锯齿波平稳许多；进而实现了对于所述逆变器的保护。

S103、判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁是否已经累计了n个开关周期；其中，n为正整数；

对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁累计n个开关周期后，所述逆变器输出的三相电流已经降低到可以恢复的程度，在具体的实际应用中，n可以根据其具体应用环境而定，对于某一特定环境，可以根据经验或者仿真，得到所述三相电流降低到可以恢复的程度时，其所对应的n的取值，此处并不做具体限定。

S104、当判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁已经累计了n个开关周期时，开放所述逆变器的PWM脉冲，并将所述PI控制器的积分环节和比例环节均恢复至减小前的系数。

所述逆变器在运行过程中应当处于正常工作状态，正常工作状态下的PWM脉冲是按照开关周期正常开放的，所述PI控制器的积分环节和比例环节的系数均稳定在各自的正常数值进行控制。但所述逆变器在所述并网运行过程中还可能出现冲击电流峰值过大的情况，面对这种情况，可以通过步骤S101、S102和S103对处于正常工作状态的所述逆变器进行PWM脉冲封锁，并将所述PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小。

当判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁已经累计了n个开关周期时，说明所述三相电流已经降低到可以恢复的程度，此时可以将步骤S102中对所述逆变器的PWM脉冲的封锁解除，并将所述PI控制器的积分环节恢复为减小前的系数，将比例环节进行逐渐恢复为减小前的系数，使所述PI控制器的作用逐渐恢复至正常工作状态；值得说明的是，比例环节的恢复需要逐渐的恢复为减小前的系数，以使所述逆变器保持稳定的输出，避免一次性恢复造成所述逆变器的输出波动。

值得说明的是，低电压穿越仅为光伏逆变器并网运行的一种工况，但本实施例并不限定为应用于光伏逆变器的低电压穿越和光伏逆变器中，所述限流方法可适用于逆变器，光伏逆变器、UPS或电力逆变器等设备，整个运行过程中出现的过流情况。

本实施例所述的限流方法通过上述步骤可以有效的抑制所述逆变器在整个运行过程中出现的冲击电流峰值过大的情况，避免了所述逆变器可能受到的损坏。

优选的，所述限流方法还包括如图2所示的：

S201、检测并判断电网电压是否跌落至预设值；

S202、当判断所述电网电压跌落至预设值时，控制并网模式由最大功率点跟踪模式切换至恒母线电压模式。

步骤S201和S202应用于光伏逆变器的低电压穿越过程，其中，最大功率点跟踪模式为追踪最高电压电流值的控制，而恒母线电压模式为追踪固定母线电压的控制。

恒母线电压模式与最大功率点跟踪模式的区别为：最大功率点跟踪模式下的母线电压是变化的，而恒母线电压模式下的母线电压保持不变。控制并网模式由最大功率点跟踪模式切换至恒母线电压模式，可以确保低电压穿越期间，系统母线电压及功率的平衡。

优选的，所述恒母线电压模式的母线电压给定值为并网模式切换前一时刻的母线电压瞬时值。

所述母线电压给定值也可以根据具体的实际情况进行设定，此处并不做具体限定。

优选的，判断电网电压是否跌落至预设值的步骤包括：判断所述电网电压的正序分量是否小于所述电网电压的d轴额定值的20％。

所述电网电压是否跌落至预设值的判断方法并不一定限定于此，也可以根据其具体的应用环境而定。

所述光伏逆变器的控制系统采用主-从DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)架构。其中，主DSP主要用来实现光伏逆变器控制算法、PLL锁相、保护、通讯等功能；从DSP用来实现最大功率点跟踪MPPT算法及直流母线电压的控制。

步骤S101至S104由主DSP应用于所述光伏逆变器在整个并网运行过程中，来实现对于所述光伏逆变器的限流保护，而本实施例中的S201和S202两个步骤均由从DSP来实现，应用于低电压穿越时。

优选的，当所述限流方法应用于光伏逆变器的低电压穿越时，在封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小的步骤之后还包括：向电网注入预设大小的无功电流。

在低电压穿越时的具体实际应用中，当所述光伏逆变器的控制系统中的主DSP在封锁所述光伏逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小的步骤之后，还可以根据有功电流和无功电流在低电压穿越时的调节方法，通过多个所述光伏逆变器同时向电网注入预设大小的无功电流作为支撑电流，以保证光伏发电系统在所述逆变器的低电压穿越时保持符合要求的电网电压。所述预设大小的无功电流为根据有功电流和无功电流在低电压穿越时的调节方法预设的，此处不做具体限定。

优选的，当所述限流方法应用于光伏逆变器的低电压穿越完成后的电网电压恢复时，在开放所述光伏逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的比例环节逐渐恢复至减小前的系数的步骤之后还包括：将无功电流切换至零，并逐步将有功电流恢复至跌落前的值。

在低电压穿越完成后的电网电压恢复时的具体实际应用中，当所述光伏逆变器的控制系统中的主DSP在开放所述光伏逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的比例环节逐渐恢复至减小前的系数的步骤之后，还需要将无功电流切换至零，逐步将有功电流恢复至跌落前的值，使所述光伏逆变器恢复到低电压穿越前的正常工作状态，以保证低电压穿越的完成。

优选的，所述预设的电流阈值小于所述逆变器的过流保护值。所述预设的电流阈值为额定电流的110％；所述逆变器的过流保护值为所述额定电流的120％。

在具体的实际应用中，对于所述预设的电流阈值和所述光伏逆变器的过流保护值的设定可以由所述光伏逆变器的控制系统中的主DSP或者从DSP来完成，此处不做具体限定。

所述预设的电流阈值和所述光伏逆变器的过流保护值设定的具体值也并不一定限定于此，确保所述预设的电流阈值低于所述光伏逆变器的过流保护值，能够实现对于所述光伏逆变器的限流保护即可。

本发明另一实施例还提供了一种限流装置，应用于逆变器，所述限流装置如图3所示，包括：

第一判断单元101；

与第一判断单元101相连的封锁单元102；

与封锁单元102相连的第二判断单元103；

与第二判断单元103相连的恢复单元104。

具体的工作原理为：

第一判断单元101检测并判断所述逆变器输出的三相电流中任意一相电流的峰值是否超过预设的电流阈值。当判断所述三相电流中任意一相电流的峰值超过所述预设的电流阈值时，封锁单元102封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小。第二判断单元103判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁是否已经累计了n个开关周期；其中，n为正整数。当判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁已经累计了n个开关周期时，恢复单元104开放所述逆变器的PWM脉冲，并将所述PI控制器的积分环节和比例环节逐渐恢复至减小前的系数。

在具体的实际应用中，n可以根据其具体应用环境而定，对于某一特定环境，可以根据经验或者仿真，得到所述三相电流降低到可以恢复的程度时，其所对应的n的取值，此处并不做具体限定。

封锁单元102封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小，其中，比例环节逐渐减小具体为比例环节的比例系数逐渐减小，此时由于对所述逆变器的PWM脉冲的封锁，所述逆变器输出的三相电流会很快降低，但是如果在所述逆变器输出的三相电流降低之后再开放所述PWM脉冲，所述逆变器输出的三相电流会再次升高，多次反复限流保护之后得到的所述三相电流的波形将会是锯齿波。

本实施例又通过将所述PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小，使所述PI控制器的作用减小，进而使得由所述PI控制器导致的电流超调量减小，使所述逆变器输出的三相电流出现较大幅度的降低，即便是多次反复限流保护之后得到的所述三相电流的波形将会比所述锯齿波平稳许多；进而实现了对于所述逆变器的保护。本实施例所述的限流装置通过上述过程可以有效的抑制所述逆变器在整个并网运行过程中出现的冲击电流峰值过大的情况，避免了所述逆变器可能受到的损坏。

值得说明的是，低电压穿越仅为光伏逆变器并网运行的一种工况，但本实施例并不限定为应用于光伏逆变器的低电压穿越和光伏逆变器中，所述限流装置可适用于逆变器，光伏逆变器、UPS或电力逆变器等设备，整个运行过程中出现的过流情况。

优选的，所述限流装置还包括：

第三判断单元，用于检测并判断电网电压是否跌落至预设值；

与所述第三判断单元相连的切换单元，用于当判断所述电网电压跌落至所述预设值时，控制并网模式由最大功率点跟踪模式切换至恒母线电压模式，所述恒母线电压模式的母线电压给定值为并网模式切换前一时刻的母线电压瞬时值。

本实施例所述的限流装置应用于光伏逆变器的低电压穿越和光伏逆变器，本实施例中的所述逆变器均为光伏逆变器。

其具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

优选的，当所述限流装置应用于低电压穿越的光伏逆变器时，还包括：与所述第一判断单元相连的电流控制单元，用于在所述封锁单元封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节逐渐减小之后，向电网注入预设大小的无功电流。

优选的，所述电流控制单元还与所述第二判断单元相连，用于：在所述恢复单元开放所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节和比例环节均恢复至减小前的系数之后，将无功电流切换至零，并逐步将有功电流恢复至跌落前的值。

本实施例所述的限流装置应用于光伏逆变器的低电压穿越和光伏逆变器，本实施例中的所述逆变器均为光伏逆变器。

其具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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)

1.一种限流方法，其特征在于，应用于逆变器，所述限流方法包括：

检测并判断所述逆变器输出的三相电流中任意一相电流的峰值是否超过预设的电流阈值；

当判断所述三相电流中任意一相电流的峰值超过所述预设的电流阈值时，封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节的比例系数逐渐减小；

判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁是否已经累计了n个开关周期；其中，n为正整数；

当判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁已经累计了n个开关周期时，开放所述逆变器的PWM脉冲，并将所述积分环节恢复至清零前的值，将所述比例环节恢复至减小前的系数。

2.根据权利要求1所述的限流方法，其特征在于，还包括：

检测并判断电网电压是否跌落至预设值；

当判断所述电网电压跌落至所述预设值时，控制并网模式由最大功率点跟踪模式切换至恒母线电压模式，所述恒母线电压模式的母线电压给定值为并网模式切换前一时刻的母线电压瞬时值。

3.根据权利要求2所述的限流方法，其特征在于，所述判断电网电压是否跌落至预设值的步骤包括：判断所述电网电压的正序分量是否小于所述电网电压的d轴额定值的20％。

4.根据权利要求1所述的限流方法，其特征在于，当所述限流方法应用于光伏逆变器的低电压穿越时，在封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节的比例系数逐渐减小的步骤之后还包括：向电网注入预设大小的无功电流。

5.根据权利要求4所述的限流方法，其特征在于，当所述限流方法应用于光伏逆变器的低电压穿越完成后的电网电压恢复时，在开放所述逆变器的PWM脉冲，并将所述积分环节恢复至清零前的值，将所述比例环节恢复至减小前的系数的步骤之后还包括：将无功电流切换至零，并逐步将有功电流恢复至跌落前的值。

6.根据权利要求1所述的限流方法，其特征在于，所述预设的电流阈值小于所述逆变器的过流保护值，所述预设的电流阈值为额定电流的110％，所述逆变器的过流保护值为所述额定电流的120％。

7.一种限流装置，其特征在于，应用于逆变器的控制系统，所述限流装置包括：

第一判断单元，用于检测并判断所述逆变器输出的三相电流中任意一相电流的峰值是否超过预设的电流阈值；

与所述第一判断单元相连的封锁单元，用于当判断所述三相电流中任意一相电流的峰值超过所述预设的电流阈值时，封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节的比例系数逐渐减小；

与所述封锁单元相连的第二判断单元，用于判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁是否已经累计了n个开关周期；其中，n为正整数；

与所述第二判断单元相连的恢复单元，用于当判断对于所述逆变器的PWM脉冲的封锁已经累计了n个开关周期时，开放所述逆变器的PWM脉冲，并将所述积分环节恢复至清零前的值，将所述比例环节恢复至减小前的系数。

8.根据权利要求7所述的限流装置，其特征在于，还包括：

第三判断单元，用于检测并判断电网电压是否跌落至预设值；

与所述第三判断单元相连的切换单元，用于当判断所述电网电压跌落至所述预设值时，控制并网模式由最大功率点跟踪模式切换至恒母线电压模式，所述恒母线电压模式的母线电压给定值为并网模式切换前一时刻的母线电压瞬时值。

9.根据权利要求7所述的限流装置，其特征在于，还包括：当所述限流装置应用于低电压穿越的光伏逆变器时，还包括：与所述第一判断单元相连的电流控制单元，用于在所述封锁单元封锁所述逆变器的PWM脉冲，并将PI控制器的积分环节清零、比例环节的比例系数逐渐减小之后，向电网注入预设大小的无功电流。

10.根据权利要求9所述的限流装置，其特征在于，所述电流控制单元还与所述第二判断单元相连，用于：在所述恢复单元开放所述逆变器的PWM脉冲，并将所述积分环节恢复至清零前的值，将所述比例环节恢复至减小前的系数之后，将无功电流切换至零，并逐步将有功电流恢复至跌落前的值。