CN107612394B - 用于具有h5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法。控制处理方法包括：当电网供电正常时，采用单极性H5 PWM调制模式，使逆变器装置工作于并网发电模式；当电网供电异常或短时停电时，采用单极性H5 PWM恒压调制模式，使逆变器装置工作于离网发电模式；当电网长时停电时，采用H5‑1 PWM恒压调制模式，使逆变器装置工作于应急SPS发电模式。该方法在于对于不同的电网工作情况下，逆变器装置可以自动调节切换逆变桥的调制方式，并具有AC输出电压自适应功能，有效的提高了逆变装置的安全性、可靠性、高效性及智能化。

Description

用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法
技术领域
本发明涉及逆变器技术，尤指一种用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法。
背景技术
光伏逆变器作为将太阳能组件(Solarmodule)提供的直流电转化为民用或工业用的交流电的核心装置，在新能源领域的地位越来越重要。近年来，无变压器型光伏逆变器在市场上获得了快速的发展及广泛的应用，但目前市场上的逆变器大部分仅具有并网、离网等单一功能，即便有并离网或储能等一体化功能，但操作及控制，大都较为单一，系统整体的效率和安全友好性不足。随着光伏市场的需求急增，含有并离网及应急SPS功能一体化的光伏逆变器越来越受到人们的青睐。
发明内容
本发明提供了一种用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法，以解决现有技术的问题。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法，该逆变器装置具有H5拓扑的逆变桥式结构及并离网和应急SPS一体化的功能。所述控制处理方法包括：当电网供电正常时，采用第一控制方式操作所述逆变器装置，在所述第一控制方式中，采用单极性H5PWM调制模式，使所述逆变器装置工作于并网发电模式；当电网供电异常或短时停电时，采用第二控制方式操作所述逆变器装置，在所述第二控制方式中，采用单极性H5PWM恒压调制模式，使所述逆变器装置工作于离网发电模式；当电网长时停电时，采用第三控制方式操作所述逆变器装置，在所述第三控制方式中，采用H5-1PWM恒压调制模式，使所述逆变器装置工作于应急SPS发电模式。
进一步地，所述逆变器装置包括开关单元、第一负荷、第二负荷、转换单元、PV单元和电容储能单元；在所述第一控制方式中，将所述开关单元切换为第一工作模式，以使交流电源带动所述第一负荷工作、并使所述交流电源经由所述转换单元、所述PV单元和所述电容储能单元后连接，所述电容储能单元处于储能状态；在所述第二控制方式中，将所述开关单元切换为第二工作模式以断开所述交流电源，并使所述电容储能单元经由所述PV单元、所述转换模块后连接所述第一负荷，以通过所述电容储能单元放电来带动所述第一负荷工作；在所述第三控制方式中，将所述开关单元切换为第三工作模式以断开所述交流电源，并使并使所述电容储能单元经由所述PV单元、所述转换模块后连接所述第二负荷，以通过所述电容储能单元放电来带动所述第二负荷工作。
进一步地，第二负荷包含第一负荷。
进一步地，所述逆变器装置中的所述转换单元为DC-AC转换单元或DC-DC转换单元。
进一步地，所述开关单元包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，其中，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关串联后接于所述转换单元与所述交流电源之间，且所述第一开关连接所述转换单元，而所述第三开关连接所述交流电源；所述第一负荷的两端分别连接火线和零线，且所述第一负荷接于所述第二开关与所述第三开关之间；所述第二负荷与所述第四开关串联后作为整体，该整体的两端分别连接火线和零线，且该整体接于所述第一开关和所述第二开关之间。
进一步地，在所述开关单元切换为第一工作模式时，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关闭合，而所述第四开关断开；在所述开关单元切换为第二工作模式时，所述第一开关和所述第二开关闭合，而所述第三开关和所述第四开关断开；在所述开关单元切换为第三工作模式时，所述第一开关和所述第四开关闭合，而断开所述第二开关和所述第三开关。
进一步地，在所述离网发电模式中，所述第一负荷的输入端电压根据负荷情况在第一预设范围间依据第一变化率k1自动调整，当负荷较重时提高所述第一负荷的输入端电压，当负荷较轻时降低所述第一负荷的输入端电压。
进一步地，所述逆变器装置包括第五开关管，在所述应急SPS发电模式中，根据光照强度预测，自动控制逆变模块的工作方式，当光照较强时第五开关管工作于SPWM模式，当光照较弱时第五开关管工作于直通模式。
进一步地，在所述应急SPS发电模式中，所述第二负荷的输入端电压根据负荷情况在第二预设范围间依据第二变化率k2自动调整，当负荷较重时提高所述第二负荷的输入端电压，当负荷较轻时降低所述第二负荷的输入端电压。
进一步地，在所述应急SPS发电模式中，所述第二负荷的输入端电压根据Vmppt电压在第三预设范围间自动调整，当Vmppt<(r*Urate2+20V)时，AC输出端电压为0.5*Urate2；当Vmppt≥(rUrate2+20V)时，AC输出端电压为(Vmppt-20V)/r；其中，Urate1为所述第一负荷的输入端电压，而Urate2为所述第二负荷的的输入端电压。
与现有技术相比，本发明的用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法，能够确保在并离网及应急SPS一体化工作环境中逆变装置可以具有较强的安全性、可靠性、高效性及智能友好性。
进一步地，当电网供电正常时，逆变器装置工作于并网状态，此时开关S1、S2、S3处于闭合状态，S4处于断开状态，对于H5逆变桥采用单极性H5PWM调制模式，可有效的控制系统的共模电压，有效的降低系统的漏电流，保证系统的安全性，并相对于HERIC等拓扑具有更高的效率，为用户创造更好的收益。
进一步地，当电网供电异常或短时停电时，逆变器装置工作于离网状态，此时开关S1、S2处于闭合状态，S3、S4处于断开状态，对于H5逆变桥采用单极性H5PWM恒压调制模式，保证用户供电系统的稳定性及可靠性。在该工作状态下，逆变器装置可以根据负荷的情况自动调节装置输出电压Urate1依据变化率k1自动在100％-75％额定电压间调整。当负荷较重时，提高输出电压，从而降低输出电流，从而减少了系统的损耗，可效的提高系统的效率。
进一步地，当电网长时间停电时，光伏系统电能显得尤为珍贵，优先满足重要负荷的使用，并且保证系统效率的最大化利用。此时，逆变器装置工作于应急SPS状态，此时开关S1、S4处于闭合状态，S2、S3处于断开状态，对于H5逆变桥采用单极性H5-1PWM恒压调制模式。该调制模式在光照情况充足时，T5开关管处于SPWM工作模式，与正常H5PWM恒压调制工作模式一样，此时逆变系统具有较好的共模特性，且能保证负荷的正常工作；在光照较弱时，T5开关管处于直通工作模式，H5逆变桥模块工作于H4PWM恒压调制模式，此时由于少了T5开关管的开关损耗，并且装置输出电压根据负荷情况及光伏逆变装置的Vmppt电压自动调整，从而使逆变装置系统时刻工作于效率最大处。其中，当负荷较重时，提高Urate2，当负荷较轻时，降低Urate2，从而使输出电压据负荷情况在100％-50％间依据变化率k2自动调整，并且当Vmppt<(r*Urate2+20V)时，AC输出端电压为0.5*Urate2；当Vmppt≥(rUrate2+20V)时，AC输出端电压为(Vmppt-20V)/r。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明的用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法的流程图；
图2为具有H5拓扑结构的逆变器装置的结构示意图；
图3为H5拓扑逆变装置的一个示例的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明的实施例提供了一种用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法，该控制处理方法包括：当电网供电正常时，采用第一控制方式操作所述逆变器装置，在所述第一控制方式中，采用单极性H5PWM调制模式，使所述逆变器装置工作于并网发电模式；当电网供电异常或短时停电时，采用第二控制方式操作所述逆变器装置，在所述第二控制方式中，采用单极性H5PWM恒压调制模式，使所述逆变器装置工作于离网发电模式；当电网长时停电时，采用第三控制方式操作所述逆变器装置，在所述第三控制方式中，采用H5-1PWM恒压调制模式，使所述逆变器装置工作于应急SPS发电模式。。
图1给出了本发明的用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法的一个处理示例的流程图。
如图1所示，流程开始后，首先执行步骤S100，判断当前电网状态。
当电网供电正常时，执行步骤S101。
在步骤S101中，采用第一控制方式操作逆变器装置，在第一控制方式中，采用单极性H5PWM调制模式，使逆变器装置工作于并网发电模式，这样，能够使得逆变器具有更高效率和更低漏电流，使其安全高效的工作处并网发电模式。其中，单极性H5PWM调制模式即对H5拓扑开关管采用单极性PWM调制方式。
当电网供电异常或短时停电时，执行步骤S102。其中，短时停电例如为停电且发电系统功率大于目前负荷功率的情形。
在步骤S102中，采用第二控制方式操作逆变器装置，在第二控制方式中，采用单极性H5PWM恒压调制模式，使逆变器装置工作于离网发电模式。这样，能够使逆变器具有更高效率和更低漏电流，更稳定的电能质量，使其安全高效的工作于离网发电模式。其中，单极性H5PWM恒压调制模式即对H5拓扑开关管采用单极性PWM调制方式，对AC输出侧采用电压环进行控制，是输出电压为特定的实时设定值。
当电网长时停电时，执行步骤S103。其中，长时停电例如为停电且发电系统功率小于目前负荷功率的情形。
在步骤S103中，采用第三控制方式操作逆变器装置，在第三控制方式中，采用H5-1PWM恒压调制模式，使逆变器装置工作于应急SPS(Solar Power from Space，空间太阳能发电)发电模式。这样，能够使逆变器具有高效安全的应急电源功能，更稳定的电能质量和更高的效率，使其安全高效的工作处应急SPS发电模式。其中，H5-1PWM恒压调制模式即对H5拓扑中T5开关管采用直通控制，T1-T4H桥开关管采用单极性PWM调制方式，对AC输出侧采用电压环进行控制，是输出电压为特定的实时设定值。
根据一个实现方式，逆变器装置可以包括开关单元、第一负荷Load1、第二负荷Load2、转换单元、PV单元和电容储能单元。
在第一控制方式中，例如可以将开关单元切换为第一工作模式，以使交流电源带动第一负荷工作、并使交流电源经由转换单元、PV单元和电容储能单元后接地，电容储能单元处于储能状态。
在第二控制方式中，例如可以将开关单元切换为第二工作模式以断开交流电源，并使电容储能单元经由PV单元、转换模块后连接第一负荷，以通过电容储能单元放电来带动第一负荷工作。
在第三控制方式中，例如可以将开关单元切换为第三工作模式以断开交流电源，并使并使电容储能单元经由PV单元、转换模块后连接第二负荷，以通过电容储能单元放电来带动第二负荷工作。
其中，第二负荷例如可以包含第一负荷。
例如，第一负荷可以是通用型光伏发电系统的负荷，如家电，照明，车辆充电负荷等。
此外，第二负荷例如可以是电能紧缺状态下的需要使用或工作的负荷，如手机充电器，紧急照明电源负荷，消防电源负荷等。
此外，逆变器装置中的转换单元例如为DC-AC转换单元或DC-DC转换单元。
根据一个实现方式，如图2所示，开关单元例如可以包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4，其中，第一开关、第二开关和第三开关串联后接于转换单元与交流电源AC之间，且第一开关连接转换单元，而第三开关连接交流电源。第一负荷的两端例如分别连接火线和零线，且第一负荷接于第二开关与第三开关之间。第二负荷与第四开关串联后作为整体，该整体的两端分别连接火线和零线，且该整体接于第一开关和第二开关之间。
例如，在开关单元切换为第一工作模式时，第一开关、第二开关和第三开关闭合，而第四开关断开；在开关单元切换为第二工作模式时，第一开关和第二开关闭合，而第三开关和第四开关断开；在开关单元切换为第三工作模式时，第一开关和第四开关闭合，而断开第二开关和第三开关。
根据一个实现方式，在离网发电模式中，第一负荷Load1的输入端电压Urate1根据负荷情况在第一预设范围间依据第一变化率k1自动调整，当负荷较重时提高第一负荷的输入端电压，当负荷较轻时降低第一负荷的输入端电压。其中，第一预设范围例如可以是100％-75％，但不限于此。其中，第一变化率k1是指在离网发电模式中输出负荷端电压的变化调整率，通过检测当前时刻(tn)的负荷输入端的电压和电流与上一时刻(tn-1)的负荷输入端的电压和电流而获得。
根据一个实现方式，如图3所示，逆变器装置的H5拓扑结构1(虚线框部分)由第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4和第五开管T5构成。其中，DC-Link电容连接在DC+与DC-两端之间，而第五开关管T5的一端连接DC+，另一端连接第一开关管T1。图中，DC-Link为BUS电容，La、Lb为逆变输出电感，Load1、Load2为第一负荷和第二负荷。
在应急SPS发电模式中，根据光照强度预测，例如可以自动控制逆变模块的工作方式，当光照较强时第五开关管T5工作于SPWM模式，当光照较弱时第五开关管T5工作于直通模式。
根据一个实现方式，在应急SPS发电模式中，第二负荷的输入端电压例如可以根据负荷情况在第二预设范围间依据第二变化率k2自动调整，当负荷较重时提高第二负荷的输入端电压，当负荷较轻时降低第二负荷的输入端电压。其中，第二预设范围例如可以是100％-50％，但不限于此。其中，第二变化率k2是指在应急SPS发电模式中输出负荷端电压的变化调整率，通过检测当前时刻(tn)的负荷输入端的电压和电流与上一时刻(tn-1)的负荷输入端的电压和电流而获得。
根据一个实现方式，在应急SPS发电模式中，第二负荷的输入端电压例如可以根据Vmppt电压在第三预设范围间自动调整，当Vmppt<(r*Urate2+20V)时，AC输出端电压为0.5*Urate2；当Vmppt≥(rUrate2+20V)时，AC输出端电压为(Vmppt-20V)/r。
其中，Urate1为第一负荷的输入端电压，而Urate2为第二负荷的的输入端电压，r为交直流系数，例如可以为1.414，但不限于1.414。Vmppt为DC-Link电容两端的电压。
其中，第三预设范围例如可以是100％-50％，但不限于此。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.用于具有H5拓扑结构的逆变器装置的控制处理方法，其特征在于，所述控制处理方法包括：
当电网供电正常时，采用第一控制方式操作所述逆变器装置，在所述第一控制方式中，采用单极性H5 PWM调制模式，使所述逆变器装置工作于并网发电模式；
当短时停电时，采用第二控制方式操作所述逆变器装置，在所述第二控制方式中，采用单极性H5 PWM恒压调制模式，使所述逆变器装置工作于离网发电模式；
当电网长时停电时，采用第三控制方式操作所述逆变器装置，在所述第三控制方式中，采用H5-1 PWM恒压调制模式，使所述逆变器装置工作于应急SPS发电模式；
其中，所述单极性H5 PWM调制模式指对转换单元开关管采用单极性PWM调制方式；所述单极性H5 PWM恒压调制模式指对转换单元开关管采用单极性PWM调制方式，对所述逆变器装置的AC输出侧采用电压环进行控制；所述H5-1 PWM恒压调制模式指对转换单元中的T5开关管，当光照较强时工作于SPWM模式，当光照较弱时工作于直通模式，T1-T4 H桥开关管采用单极性PWM调制方式，对所述逆变器装置的AC输出侧采用电压环进行控制；所述SPS指空间太阳能发电；
所述逆变器装置包括开关单元、第一负荷、第二负荷、转换单元、PV单元和电容储能单元；
在所述第一控制方式中，将所述开关单元切换为第一工作模式，以使电网带动所述第一负荷工作并使所述电网经由所述转换单元、所述PV单元和所述电容储能单元后接地，所述电容储能单元处于储能状态；
在所述第二控制方式中，将所述开关单元切换为第二工作模式以断开电网，并使所述电容储能单元经由所述PV单元及所述转换单元后连接所述第一负荷，以通过所述电容储能单元放电来带动所述第一负荷工作；
在所述第三控制方式中，将所述开关单元切换为第三工作模式以断开电网，并使所述电容储能单元经由所述PV单元及所述转换单元后连接所述第二负荷，以通过所述电容储能单元放电来带动所述第二负荷工作。
2.根据权利要求1所述的控制处理方法，其特征在于，在负荷种类上，所述第二负荷包含所述第一负荷。
3.根据权利要求1所述的控制处理方法，其特征在于，所述逆变器装置中的所述转换单元为DC-AC转换单元。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的控制处理方法，其特征在于，所述开关单元包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，其中，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关串联后接于所述转换单元与电网之间，且所述第一开关连接所述转换单元，而所述第三开关连接电网；
所述第一负荷的两端分别连接火线和零线，且所述第一负荷接于所述第二开关与所述第三开关之间；
所述第二负荷与所述第四开关串联后作为整体，该整体的两端分别连接火线和零线，且该整体接于所述第一开关和所述第二开关之间。
5.根据权利要求4所述的控制处理方法，其特征在于，
在所述开关单元切换为第一工作模式时，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关闭合，而所述第四开关断开；
在所述开关单元切换为第二工作模式时，所述第一开关和所述第二开关闭合，而所述第三开关和所述第四开关断开；
在所述开关单元切换为第三工作模式时，所述第一开关和所述第四开关闭合，而断开所述第二开关和所述第三开关。
6.根据权利要求4所述的控制处理方法，其特征在于，在所述离网发电模式中，所述第一负荷的输入端电压根据负荷情况在第一预设范围间依据第一变化率k1自动调整，当负荷较重时提高所述第一负荷的输入端电压，当负荷较轻时降低所述第一负荷的输入端电压。
7.根据权利要求4所述的控制处理方法，其特征在于，在所述应急SPS发电模式中，所述第二负荷的输入端电压根据负荷情况在第二预设范围间依据第二变化率k2自动调整，当负荷较重时提高所述第二负荷的输入端电压，当负荷较轻时降低所述第二负荷的输入端电压。
8.根据权利要求4所述的控制处理方法，其特征在于，在所述应急SPS发电模式中，所述第二负荷的输入端电压根据Vmppt电压在第三预设范围间自动调整，当Vmppt<(r*Urate2+20V)时，所述逆变器装置的AC输出端电压为0.5*Urate2；当Vmppt≥(r* Urate2+20V)时，所述逆变器装置的AC输出端电压为(Vmppt-20V)/r；
其中，Urate2为所述第二负荷的额定输入电压；Vmppt电压为DC-Link电容两端的电压，r为交直流系数；
其中，所述DC-Link电容位于所述转换单元之中。
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