CN107834599B - 一种光伏并网发电设备的软启动方法 - Google Patents

一种光伏并网发电设备的软启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏并网发电设备的软启动方法，涉及电力电子技术领域，该方法包括：预充逆变器侧的母线BUS电压；调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比；预充升压电路BOOST侧的BUS电压。本发明依靠已有的逆变器硬件，通过软件算法实现软启动，不需要增加放电电路，降低了硬件成本，通过从后往前的逐级启动的方法，减小了DC/DC变换器上的电流，降低了设备过流故障的风险。

Description

一种光伏并网发电设备的软启动方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其是一种光伏并网发电设备的软启动方法。
背景技术
随着社会的发展，不可再生能源日益枯竭，新能源的开发利用越来越重要。由于太阳能资源丰富，并且无污染，因此越来越多地应用到能源领域。
太阳能设备通常安装在偏远的沙漠地区，因此太阳能并网逆变器要求稳定性较高。由于太阳每天升起和落下，因此设备每天都会经历开启和关断的过程，设备在开启时会产生一个强大的电流，这个大电流会导致设备寿命减少，甚至是损坏设备。
为了降低开启时的大电流对设备造成的危害，通常是增加一个放电电路来减少开机电流，但是增加放电电路会导致硬件成本的增加。
发明内容
本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种光伏并网发电设备的软启动方法。
本发明的技术方案如下：
一种光伏并网发电设备的软启动方法，包括如下步骤：
预充逆变器侧的母线BUS电压；
调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比；
预充升压电路BOOST侧的BUS电压。
其进一步的技术方案为：所述预充逆变器侧的母线BUS电压，包括：
将逆变器电网侧的继电器闭合；
计算所述逆变器侧的BUS电压与BOOST侧的BUS电压的第一比值；
判断所述第一比值是否大于第一阈值；
当所述第一比值大于所述第一阈值时，执行所述调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比的步骤；
当所述第一比值小于所述第一阈值时，将逆变器INV的PWM驱动打开进行功率因数校正PFC运算，继续执行所述计算所述逆变器侧的BUS电压与BOOST侧的BUS电压的第一比值的步骤。
其进一步的技术方案为：所述调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比，包括：
打开所述DC/DC变换器的PWM驱动，将占空比调节至预定值后保持不变。
其进一步的技术方案为：所述预充升压电路BOOST侧的BUS电压，包括：
计算所述BOOST侧的BUS电压与电网电压的第二比值；
判断所述第二比值是否大于第二阈值；
当所述第二比值大于所述第二阈值时，完成启动；
当所述第二比值小于所述第二阈值时，将BOOST的PWM驱动打开，继续执行所述计算所述BOOST侧的BUS电压与电网电压的第二比值的步骤。
本发明的有益技术效果是：
本发明依靠已有的逆变器硬件，通过软件算法实现软启动，不仅不需要增加额外的放电电路，降低了硬件成本，而且通过先预充逆变器侧的BUS电压，然后调节DC/DC变换器的PWM驱动的占空比，最后预充BOOST侧的BUS电压这样从后往前的逐级启动方法，减小了设备启动时DC/DC变换器上的电流，降低了设备过流故障的风险，延长了设备使用的寿命。
附图说明
图1是一种光伏并网发电系统的示意图。
图2是一种光伏并网发电设备的软启动方法的流程图。
图3是另一种光伏并网发电设备的软启动方法的流程图。
图4是预充逆变器侧BUS电压的流程图。
图5是调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比的流程图。
图6是预充升压电路BOOST侧BUS电压的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
请参考图1，其示例性地示出了一种光伏并网发电系统的示意图。如图1所示，该光伏并网发电系统包括PV panel(光伏板)模块110、BOOST(升压电路)模块120、DC/DC(直流斩波器)模块130、INV(逆变器)模块140、开关模块150和电网160。
PV panel模块110用于将太阳能转化为直流电。
BOOST模块120与PV panel模块110相连，用于对PV panel模块110转化得到的直流电升压。BOOST模块120在逆变器正常工作时的功能是控制BOOST侧的BUS电压或者输入电压。
DC/DC模块130与BOOST模块120相连，DC/DC模块130在逆变器正常工作时的功能是高频隔离，将BOOST侧BUS上的能量传送到逆变器侧BUS上。
INV模块140与DC/DC模块130相连，INV模块140在逆变器正常工作时的功能是将逆变器侧BUS上的直流电逆变成交流电，然后输送到电网160上。
INV模块140与电网160之间设置有开关模块150，开关模块150包括第一继电器151、第二继电器152和第三继电器153。
本发明实施例提供了一种光伏并网发电设备的软启动方法，应用在图1所示的光伏并网发电系统中，如图2所示，该光伏并网发电设备的软启动方法可以包括以下步骤：
步骤210，预充逆变器侧的母线BUS电压。
结合参考图1，INV模块140在软启动过程中的功能是根据BOOST上面的电压，借助电网电压，为逆变器侧BUS充电。
可选的，步骤210可以包括图3所示的步骤211至步骤215。
步骤211，将逆变器电网侧的继电器闭合。
结合参考图1，首先将第一继电器151和第三继电器153闭合，使逆变管的体内二极管通过整流作用提高逆变器侧BUS电压，判断逆变器侧BUS电压是否大于电网电压的1.414倍，如果是，则闭合第二继电器152，断开第三继电器153。
步骤212，计算逆变器侧的BUS电压与BOOST侧的BUS电压的第一比值。
在第二继电器152闭合，第三继电器153断开之后，计算逆变器侧的BUS电压与BOOST侧的BUS电压的第一比值。
步骤213，判断第一比值是否大于第一阈值。
可选的，根据经验值，可以将第一阈值设置为0.85。
步骤214，当第一比值大于第一阈值时，执行步骤220。
当第一比值大于第一阈值时，结束预充逆变器侧的BUS电压。
步骤215，当第一比值小于第一阈值时，将逆变器INV的PWM驱动打开进行PFC运算，继续执行步骤212。
若第一比值小于第一阈值，则将INV的脉冲宽度调制(英文：Pulse WidthModulation，简称：PWM)驱动打开进行功率因数校正(英文：Power Factor Correction，简称：PFC)运算，在进行PFC运算时，需要实时检测第一比值是否大于第一阈值，因此需要继续计算当前的逆变器侧的BUS电压与当前的BOOST侧的BUS电压的第一比值，将第一比值与第一阈值进行比较。
对于预充逆变器侧的BUS电压，分为两个阶段来执行，第一个阶段是通过逆变管的体内二极管的整流作用提高逆变器侧BUS电压，达到一个自然充逆变器侧BUS电压的效果，第二个阶段是通过PFC进行逆变器侧BUS电压的再次充压，并且第二个阶段的是否执行是根据BOOST侧的BUS电压的大小来进行判断的。如图4所示，其示出了预充逆变器侧BUS电压的流程图，并示例性地结合具体的参数和指令来说明。
步骤220，调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比。
结合参考图1，DC/DC模块在软启动过程中的功能是逐渐放开，逐渐建立BOOST侧BUS上的能量和INV侧BUS上的能量的传递通道。
可选的，步骤220可以替换成图3所示的步骤221。
步骤221，打开DC/DC变换器的PWM驱动，将占空比调节至预定值后保持不变。
可选的，根据经验值，预定值设置为70。
占空比的调节是通过死区的大小来调节的。
在实际应用中，进入函数后，DC/DC变换器的PWM驱动死区值从500开始，此时的占空比为5％，每经过5次本函数，将死区减去10，直至死区为70的时候，本函数结束，此时DC/DC变换器的PWM驱动占空比为44.3％，然后保持不变。如图5所示，其示出了调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比的流程图，并示例性地结合具体的参数和指令来说明。
步骤230，预充升压电路BOOST侧的BUS电压。
结合参考图1，BOOST模块120在软启动过程中的功能是预充BOOST侧的BUS电压，为发电做准备。
可选的，步骤230可以包括图3所示的步骤。
步骤231，计算BOOST侧的BUS电压与电网电压的第二比值。
计算BOOST侧的BUS电压与电网电压的第二比值，即计算BOOST侧的BUS电压相对于电网电压的倍数。
步骤232，判断第二比值是否大于第二阈值。
可选的，根据经验值，第二阈值可以设置为1.7。
步骤233，当第二比值大于第二阈值时，完成启动。
在第二比值大于第二阈值时，完成对光伏并网发电设备的软启动。
步骤234，当第二比值小于第二阈值时，将BOOST的PWM驱动打开，继续执行步骤231。
若第二比值小于第二阈值，说明BOOST侧的BUS电压还不够高，需要增加BOOST侧的BUS电压，此时需要将BOOST的PWM驱动打开，并实时检测第二比值是否大于第二阈值，因此需要继续计算当前的BOOST侧的BUS电压与电网电压的第二比值，将第二比值与第二阈值进行比较。
在实际应用中，若第二比值小于第二阈值，则将BOOST侧的BUS电压参考增加50，然后检测BOOST侧的BUS电压是否大于电网电压的1.7倍，如果是，则完成启动，如果不是，则进行下一次的增加参考值和阈值判断。如图6所示，其示出了预充升压电路BOOST侧BUS电压的流程图，并示例性地结合具体的参数和指令来说明。
本发明实施例中通过三级联动，根据三者之间的比例关系，选取恰当的数值和预充的目标值来达到彼此协调的目的。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光伏并网发电设备的软启动方法，其特征在于，所述方法包括：
预充逆变器侧的母线BUS电压；
调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比；
预充升压电路BOOST侧的BUS电压；
所述预充逆变器侧的母线BUS电压，包括：
将逆变器电网侧的继电器闭合；
计算所述逆变器侧的BUS电压与升压电路BOOST侧的BUS电压的第一比值；
判断所述第一比值是否大于第一阈值；
当所述第一比值大于所述第一阈值时，执行所述调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比的步骤；
当所述第一比值小于所述第一阈值时，将逆变器的PWM驱动打开进行功率因数校正PFC运算，继续执行所述计算所述逆变器侧的BUS电压与升压电路BOOST侧的BUS电压的第一比值的步骤；
所述预充升压电路BOOST侧的BUS电压，包括：
计算所述升压电路BOOST侧的BUS电压与电网电压的第二比值；
判断所述第二比值是否大于第二阈值；
当所述第二比值大于所述第二阈值时，完成启动；
当所述第二比值小于所述第二阈值时，将BOOST的PWM驱动打开，继续执行所述计算所述升压电路BOOST侧的BUS电压与电网电压的第二比值的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节DC/DC变换器的脉冲宽度调制PWM驱动的占空比，包括：
打开所述DC/DC变换器的PWM驱动，将占空比调节至预定值后保持不变。
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