CN105720857A - 一种级联h桥逆变器及其故障处理方法 - Google Patents

一种级联h桥逆变器及其故障处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的所述级联H桥逆变器及其故障处理方法，通过控制器检测N个太阳能电池板的输出电压或者输出功率；当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值；然后控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件，避免系统无法正常稳定的工作，保证完好的太阳能电池板能够向电网传递能量，避免发电量的重大损失。

Description

一种级联H桥逆变器及其故障处理方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种级联H桥逆变器及其故障处理方法。
背景技术
近些年来，级联多电平拓扑以其优异的性能得到了广泛的应用。在所有级联多电平拓扑中，级联H桥拓扑由于其模块化结构、布局简单、达到相同的电平数所需的元件器少以及系统可靠性高而备受青睐。
当前级联H桥逆变器的系统结构如图1所示，正常工作情况下太阳能组件与级联H桥逆变器直流侧并联，通过级联H桥逆变器把直流侧的能量传递到电网。但是当太阳能电池板被严重遮挡或者失效的时候，太阳能电池板两端的电压会大幅降低，进而使得H桥逆变器直流侧电压也同步下降，这会影响系统正常工作。
现有技术一般把对应的H桥模块旁路，使用剩下的H桥模块进行并网发电。但如果整个系统H桥级联个数的冗余度不足，会导致级联H桥逆变器总输出调制电压降低，系统无法正常稳定的工作，使得那些完好的太阳能电池板也无法向电网传递能量，导致发电量的重大损失。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种级联H桥逆变器及其故障处理方法，以解决现有技术中H桥级联个数的冗余度不足所导致的发电量损失的问题。
为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种级联H桥逆变器的故障处理方法，应用于级联H桥逆变器，所述级联H桥逆变器与N个太阳能电池板相连，所述级联H桥逆变器包括：N个电容、N个H桥模块、N个开关装置及控制器；N为正整数；所述级联H桥逆变器的故障处理方法包括：
所述控制器检测N个所述太阳能电池板的输出电压或者输出功率；
所述控制器判断N个所述太阳能电池板的所述输出电压是否低于预设电压或者所述输出功率是否低于预设功率；
当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值；
所述控制器控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件。
优选的，所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值的步骤包括：
所述控制器控制相应的开关装置断开；
所述控制器控制相应的直流侧电容电压设定值升高。
优选的，所述控制器控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变的步骤之后还包括：
所述控制器判断N个所述太阳能电池板的所述输出电压是否超过所述预设电压或者所述输出功率是否超过所述预设功率；
当某个太阳能电池板的所述输出电压超过所述预设电压或者所述输出功率超过所述预设功率时，所述控制器控制相应的H桥模块以MPPT控制策略进行逆变，并控制相应的开关装置闭合。
优选的，在所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值的步骤之前还包括：
所述控制器判断所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板是否连接正常；
当所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板连接正常时，所述控制器控制所述级联H桥逆变器进入工作状态；
所述控制器控制N个所述开关装置闭合。
一种级联H桥逆变器，与N个太阳能电池板相连，所述级联H桥逆变器包括：N个电容、N个H桥模块、N个开关装置及控制器；N为正整数；其中：
每个所述太阳能电池板的一个输出端均通过一个所述开关装置与一个所述H桥模块的一个输入端相连；
每个所述太阳能电池板的另一个输出端均与相应的所述H桥模块的另一输入端相连；
每个所述H桥模块的两个输入端与一个相应的电容的两端连接；
N个所述H桥模块的输出端串联；
所述控制器分别与N个所述开关装置、N个所述电容及N个所述H桥模块相连；所述控制器用于检测N个所述太阳能电池板的输出电压或者输出功率，当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值，控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件。
优选的，所述控制器用于控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值时，具体用于：
控制相应的开关装置断开，并控制相应的直流侧电容电压设定值升高。
优选的，所述控制器还用于当某个太阳能电池板的所述输出电压超过所述预设电压或者所述输出功率超过所述预设功率时，控制相应的H桥模块以MPPT控制策略进行逆变，并控制相应的开关装置闭合。
优选的，所述控制器还用于判断所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板是否连接正常，当所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板连接正常时，控制所述级联H桥逆变器进入工作状态；当所述级联H桥逆变器进入工作状态后，控制N个所述开关装置闭合。
优选的，所述开关装置包括：二极管与全控开关；其中：
所述二极管的阳极与相应的太阳能电池板的正极相连；所述二极管的阴极与相应的电容和H桥模块相连；
或者，所述二极管的阴极与相应的太阳能电池板的负极相连；所述二极管的阳极与相应的电容和H桥模块相连；
所述全控开关与所述二极管并联。
优选的，所述全控开关为继电器或者半导体器件。
本发明提供的所述级联H桥逆变器的故障处理方法，通过控制器检测N个太阳能电池板的输出电压或者输出功率；当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值；然后控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件，避免系统无法正常稳定的工作，保证完好的太阳能电池板能够向电网传递能量，避免发电量的重大损失。
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为现有技术公开的级联H桥逆变器的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的级联H桥逆变器的故障处理方法的流程图；
图3为本发明另一实施例公开的级联H桥逆变器的故障处理方法的另一流程图；
图4为本发明另一实施例公开的级联H桥逆变器的故障处理方法的另一流程图；
图5为本发明另一实施例公开的级联H桥逆变器的结构示意图；
图6为本发明另一实施例公开的H桥模块的控制策略示意图。
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。
发明提供一种级联H桥逆变器的故障处理方法，以解决现有技术中H桥级联个数的冗余度不足所导致的发电量损失的问题。
具体的，所述级联H桥逆变器的故障处理方法，应用于级联H桥逆变器，所述级联H桥逆变器与N个太阳能电池板相连，所述级联H桥逆变器包括：N个电容、N个H桥模块、N个开关装置及控制器；N为正整数；所述级联H桥逆变器的故障处理方法如图2所示，包括：
S101、所述控制器检测N个所述太阳能电池板的输出电压或者输出功率；
在所述级联H桥逆变器处于正常的工作状态时，所述控制器根据所述输出电压或者所述输出功率控制N个H桥模块均以MPPT控制策略进行逆变。当某个太阳能电池板被严重遮挡或者失效的时候，该太阳能电池板的输出电压和输出功率均会大幅降低，进而使得所述级联H桥逆变器的直流侧电压也同步下降，影响系统正常工作。
S102、所述控制器判断N个所述太阳能电池板的所述输出电压是否低于预设电压或者所述输出功率是否低于预设功率；
当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，执行步骤S103、所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值；
所述控制器控制相应的开关装置断开，则被严重遮挡或者失效的太阳能电池板被等效旁路，无法输出电压至相应的H桥模块；此时，所述控制器改变相应的直流侧电容电压设定值，为了保证所述级联H桥逆变器的稳定工作，较佳的，所述直流侧电容电压设定值大于该太阳能电池板的输出电压。
S104、所述控制器控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件。
相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使得被严重遮挡或者失效的太阳能电池板在等效旁路的情况下，其相应的H桥模块仍能保证一定的输出电压，进而使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足所述级联H桥逆变器并网发电的预设条件，所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件即可保证所述级联H桥逆变器的稳定工作。
本实施例提供的所述级联H桥逆变器的故障处理方法，当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，所述控制器控制相应的开关装置断开的同时，改变相应的直流侧电容电压设定值，并控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足所述级联H桥逆变器并网发电预设条件，避免系统无法正常稳定的工作，保证完好的太阳能电池板能够向电网传递能量，避免发电量的重大损失。
优选的，步骤S103包括：
所述控制器控制相应的开关装置断开；
所述控制器控制相应的直流侧电容电压设定值升高。
当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，所述控制器可以根据所述级联H桥逆变器满足并网发电的预设条件所需的总输出调制电压，计算得到相应的直流侧电容电压设定值，所述控制器控制相应的H桥模块以升高后的直流侧电容电压设定值(大于相应的太阳能电池板的输出电压)为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足所述级联H桥逆变器并网发电的预设条件。
优选的，如图3所示，步骤之后S104还包括：
S105、所述控制器判断N个所述太阳能电池板的所述输出电压是否超过所述预设电压或者所述输出功率是否超过所述预设功率；
当某个太阳能电池板的所述输出电压超过所述预设电压或者所述输出功率超过所述预设功率时，执行步骤S106、所述控制器控制相应的H桥模块以MPPT控制策略进行逆变，并控制相应的开关装置闭合。
为了使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件，被严重遮挡或者失效的太阳能电池板被等效旁路，且其相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变；同时所述控制器对检测得到的N个所述太阳能电池板的输出电压或者输出功率进行判断，当某个太阳能电池板的所述输出电压超过所述预设电压或者所述输出功率超过所述预设功率时，说明被等效旁路的太阳能电池板又恢复了正常的工作状态，能够提供满足要求的输出电压，此时即可通过所述控制器控制相应的H桥模块恢复以MPPT控制策略进行逆变的正常工作状态，同时控制相应的开关装置闭合。
优选的，如图4所示，在步骤S103之前还包括：
S201、所述控制器判断所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板是否连接正常；
当所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板连接正常时，执行步骤S202、所述控制器控制所述级联H桥逆变器进入工作状态。
当所述级联H桥逆变器进入工作状态后，执行步骤S203、所述控制器控制N个所述开关装置闭合。
如图4中所示，步骤S203在步骤S101之前执行，但图4所示仅为一种示例，步骤S203在步骤S103执行之前即可，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
较佳的，所述开关装置包括：二极管与全控开关；其中：
所述二极管的阳极与相应的太阳能电池板的正极相连；所述二极管的阴极与相应的电容和H桥模块相连；
或者，所述二极管的阴极与相应的太阳能电池板的负极相连；所述二极管的阳极与相应的电容和H桥模块相连；
所述全控开关与所述二极管并联。
具体的，所述全控开关为继电器或者半导体器件。
所述开关装置包括所述二极管与所述全控开关，所述控制器判断所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板连接正常时，所述二极管可以起到防反接的作用。
所述控制器控制所述级联H桥逆变器进入工作状态后，所述控制器控制N个所述开关装置闭合，可以将所述二极管旁路，减小二极管的导通压降损耗。
当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，所述控制器控制相应的开关装置中的全控开关断开，同时，所述控制器改变相应的直流侧电容电压设定值，为了保证所述级联H桥逆变器的稳定工作，较佳的，所述直流侧电容电压设定值大于该太阳能电池板的输出电压；此时所述二极管反向截止，使得该太阳能电池板被等效旁路。
本发明另一实施例还提供了一种级联H桥逆变器，如图5所示，与N个太阳能电池板PV相连，所述级联H桥逆变器包括：N个电容C、N个H桥模块101、N个开关装置102及控制器；N为正整数；其中：
每个太阳能电池板PV的一个输出端均通过一个开关装置102与一个H桥模块101的一个输入端相连；
每个太阳能电池板PV的另一个输出端均与相应的H桥模块101的另一输入端相连；
每个H桥模块101的两个输入端与一个相应的电容的两端连接；
N个H桥模块101的输出端串联；
所述控制器分别与N个开关装置102、N个电容C及N个H桥模块101相连。
图5所示以开关装置102连接于太阳能电池板PV的正极与H桥模块101之间为例进行展示，当然，开关装置102也可以连接于太阳能电池板PV的负极与H桥模块101之间，只是此时开关装置102的安装方向相反。两者均在本申请的保护范围内，此处不做具体限定。
具体的工作原理为：
所述控制器检测N个太阳能电池板PV的输出电压或者输出功率，并当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，控制相应的开关装置102断开，改变相应的直流侧电容电压设定值，控制相应的H桥模块101以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足所述级联H桥逆变器并网发电预设条件。
本实施例提供的所述级联H桥逆变器，当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，所述控制器控制相应的开关装置102断开的同时，改变相应的直流侧电容电压设定值，并控制相应的H桥模块101以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足所述级联H桥逆变器并网发电预设条件，避免系统无法正常稳定的工作，保证完好的太阳能电池板能够向电网传递能量，避免发电量的重大损失。
优选的，所述控制器用于控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值时，具体用于：
控制相应的开关装置断开，并控制相应的直流侧电容电压设定值升高。
优选的，所述控制器还用于当某个太阳能电池板的所述输出电压超过所述预设电压或者所述输出功率超过所述预设功率时，控制相应的H桥模块以MPPT控制策略进行逆变，并控制相应的开关装置闭合。
N个H桥模块101进行逆变所采用的控制策略如图6所示：
正常工作状态下，N个H桥模块101均根据各自的太阳能电池板PV的输出电压Vpv和输出电流Ipv，以MPPT控制策略输出的直流电压Vdc1为输入值Vdc进行逆变。
当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，其相应的H桥模块101以直流侧电容电压设定值Vdc2为输入值Vdc进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件。
当被等效旁路的太阳能电池板PV又恢复了正常的工作状态，能够提供满足要求的输出电压，此时即可通过所述控制器控制相应的H桥模块101恢复以MPPT控制策略进行逆变的正常工作状态，同时控制相应的开关装置102闭合。
优选的，所述控制器还用于判断所述级联H桥逆变器与N个太阳能电池板PV是否连接正常，当所述级联H桥逆变器与N个太阳能电池板PV连接正常时，控制所述级联H桥逆变器进入工作状态；当所述级联H桥逆变器进入工作状态后，控制N个开关装置102闭合。
优选的，如图5所示，开关装置102包括：二极管与全控开关；其中：
所述二极管的阳极与相应的太阳能电池板的正极相连；所述二极管的阴极与相应的电容和H桥模块相连；如图5所示；
或者，所述二极管的阴极与相应的太阳能电池板的负极相连；所述二极管的阳极与相应的电容和H桥模块相连；
所述全控开关与所述二极管并联。
所述二极管的连接方向即为所述开关装置的安装方向；图5所示为所述开关装置连接于所述太阳能电池板的正极与所述H桥模块之间；当所述开关装置连接于所述太阳能电池板PV的负极与所述H桥模块101之间时，所述二极管的阴极与相应的太阳能电池板的负极相连；所述二极管的阳极与相应的电容和H桥模块相连；均在本申请的保护范围内，视其具体应用环境而定。
优选的，所述全控开关为继电器或者半导体器件。
本实施例内具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
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。对于实施例公开的装置而言，由于其与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。
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)

1.一种级联H桥逆变器的故障处理方法，其特征在于，应用于级联H桥逆变器，所述级联H桥逆变器与N个太阳能电池板相连，所述级联H桥逆变器包括：N个电容、N个H桥模块、N个开关装置及控制器；N为正整数；所述级联H桥逆变器的故障处理方法包括：
所述控制器检测N个所述太阳能电池板的输出电压或者输出功率；
所述控制器判断N个所述太阳能电池板的所述输出电压是否低于预设电压或者所述输出功率是否低于预设功率；
当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值；
所述控制器控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件。
2.根据权利要求1所述的级联H桥逆变器的故障处理方法，其特征在于，所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值的步骤包括：
所述控制器控制相应的开关装置断开；
所述控制器控制相应的直流侧电容电压设定值升高。
3.根据权利要求1所述的级联H桥逆变器的故障处理方法，其特征在于，所述控制器控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变的步骤之后还包括：
所述控制器判断N个所述太阳能电池板的所述输出电压是否超过所述预设电压或者所述输出功率是否超过所述预设功率；
当某个太阳能电池板的所述输出电压超过所述预设电压或者所述输出功率超过所述预设功率时，所述控制器控制相应的H桥模块以MPPT控制策略进行逆变，并控制相应的开关装置闭合。
4.根据权利要求1至3任一所述的级联H桥逆变器的故障处理方法，其特征在于，在所述控制器控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值的步骤之前还包括：
所述控制器判断所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板是否连接正常；
当所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板连接正常时，所述控制器控制所述级联H桥逆变器进入工作状态；
所述控制器控制N个所述开关装置闭合。
5.一种级联H桥逆变器，其特征在于，与N个太阳能电池板相连，所述级联H桥逆变器包括：N个电容、N个H桥模块、N个开关装置及控制器；N为正整数；其中：
每个所述太阳能电池板的一个输出端均通过一个所述开关装置与一个所述H桥模块的一个输入端相连；
每个所述太阳能电池板的另一个输出端均与相应的所述H桥模块的另一输入端相连；
每个所述H桥模块的两个输入端与一个相应的电容的两端连接；
N个所述H桥模块的输出端串联；
所述控制器分别与N个所述开关装置、N个所述电容及N个所述H桥模块相连；所述控制器用于检测N个所述太阳能电池板的输出电压或者输出功率，当某个太阳能电池板的所述输出电压低于预设电压或者所述输出功率低于预设功率时，控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值，控制相应的H桥模块以所述直流侧电容电压设定值为输入值进行逆变，使所述级联H桥逆变器的总输出调制电压满足预设条件。
6.根据权利要求5所述的级联H桥逆变器，其特征在于，所述控制器用于控制相应的开关装置断开，并改变相应的直流侧电容电压设定值时，具体用于：
控制相应的开关装置断开，并控制相应的直流侧电容电压设定值升高。
7.根据权利要求5所述的级联H桥逆变器，其特征在于，所述控制器还用于当某个太阳能电池板的所述输出电压超过所述预设电压或者所述输出功率超过所述预设功率时，控制相应的H桥模块以MPPT控制策略进行逆变，并控制相应的开关装置闭合。
8.根据权利要求5所述的级联H桥逆变器，其特征在于，所述控制器还用于判断所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板是否连接正常，当所述级联H桥逆变器与N个所述太阳能电池板连接正常时，控制所述级联H桥逆变器进入工作状态；当所述级联H桥逆变器进入工作状态后，控制N个所述开关装置闭合。
9.根据权利要求5至8任一所述的级联H桥逆变器，其特征在于，所述开关装置包括：二极管与全控开关；其中：
所述二极管的阳极与相应的太阳能电池板的正极相连；所述二极管的阴极与相应的电容和H桥模块相连；
或者，所述二极管的阴极与相应的太阳能电池板的负极相连；所述二极管的阳极与相应的电容和H桥模块相连；
所述全控开关与所述二极管并联。
10.根据权利要求9所述的级联H桥逆变器，其特征在于，所述全控开关为继电器或者半导体器件。
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