CN109217345A - 一种自然能源与储能设备结合的离网供电系统充放电时对igbt的保护控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及IGBT技术领域，具体涉及一种自然能源与储能设备结合的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法，包括自然能源、储能装置、逆变器和负载，所述自然能源、所述储能装置和所述负载均与所述逆变器电连接，所述逆变器采用IGBT进行开关控制，针对所述IGBT的保护控制方法包括如下步骤：S1、所述逆变器监测到所述储能装置的电量为100％时，所述逆变器的控制单元统计所述自然能源的发电功率和所述负载的功率。该控制方法避免了自然能源与储能设备结合的的离网供电系统的逆变器在特定场景天气变化导致的IGBT频繁开关，减少了IGBT芯片的损耗，延长了其使用寿命。

Description

一种自然能源与储能设备结合的离网供电系统充放电时对 IGBT的保护控制方法
技术领域
本发明涉及IGBT技术领域，具体涉及一种自然能源与储能设备结合的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管( Insolated Gate Bipolar transistor-IGBT),是上世纪80年代初为解决 MOSFET的高导通电压、难以制成兼有高电压和大电流特性和GTR的工作频率低驱动电路功率大等不足而出现的双机理复合器件( Double Mechani sm Device)。由于它将MOSFET和GTR的优点集于一身,既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好,且驱动电路简单、驱动电流小等优点,又具有通态压降小、耐压高及承受电流大等优点,因此发展很快。目前IGBT的容量已超过了GTR。在电机控制、中频和开关电源,以及要求快速和低损耗的领域中,IGBT有取代 MOSFET和GTR的趋势。在工业上，IGBT在离网供电系统上的应用也越来越普遍。
自然能源与储能设备结合的离网供电系统中会用到IGBT。现有技术中，常规的光伏逆变器和锂储能装置储能结合在IGBT的保护上只有过大电流和过大电压的保护控制措施。而对由于天气云层波动导致的光伏储能逆变器IGBT开关来回打开关闭频繁切换，损耗IGBT芯片的寿命，没有做好鲁棒性设计。例如：在离网供电的光伏逆变和储能设备系统中，当光伏发电功率X等于负载功率Y，锂储能装置充电状态的SOC是100%（即储能装置是充满状态）。此时已充满的储能装置无调节作用，光伏逆变和储能设备系统如果根据光伏发电功率X与负载功率Y的大小匹配来回切换IGBT开关：1.光伏发电功率X>负载功率Y. 由于光伏几路MPPT 光伏功率输入大于负载，常规设计会关闭光伏部分MPPT的发电输入IGBT开关；2.光伏发电功率X<负载功率Y. 由于光伏几路MPPT 光伏功率输入小于负载，常规设计会启动锂储能装置储能供电，打开锂电供电的IGBT开关。由于光伏逆变器和储能设备的离网供电系统的程序相应是秒级别的快速响应。光伏发电功率来回大小变化时，会导致IGBT开关在1分钟内出现几十次以上的开关结果，从而损耗了IGBT芯片的寿命。
综上可知，相关技术存在缺陷，不利于工业生产，亟待完善。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种自然能源与储能设备结合的的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法，避免了自然能源与储能设备结合的的离网供电系统的逆变器在特定场景天气变化导致的IGBT频繁开关，减少了IGBT芯片的损耗，延长了其使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自然能源与储能设备结合的的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法，包括自然能源、储能装置、逆变器和负载，所述自然能源、所述储能装置和所述负载均与所述逆变器电连接，所述逆变器采用IGBT进行开关控制，针对所述IGBT的保护控制方法包括如下步骤：
S1、所述逆变器监测到所述储能装置中剩余电量的百分比为100％时，所述逆变器的控制单元统计所述自然能源的发电功率和所述负载的功率；
S2、所述逆变器的控制单元对所述自然能源的发电功率和所述负载的功率的大小进行实时统计，并对统计的结果进行比较和分析；
S3、在一分钟之内，出现了三次以上如“所述自然能源的发电功率大于所述负载的功率”、“所述自然能源的发电功率等于所述负载的功率”、“所述自然能源的发电功率小于所述负载的功率”的不同状态之间的切换；
S4、所述逆变器的控制单元对所述IGBT发出指令，所述IGBT根据指令导通所述储能装置对所述负载的供电，同时断开所述自然能源对所述负载的供电；
T1、所述逆变器监测到所述储能装置中剩余电量的百分比小于90％时，所述逆变器的控制单元统计所述自然能源的发电功率和所述负载的功率；
T2、所述逆变器的控制单元对所述自然能源的发电功率和所述负载的功率的大小进行实时统计，并对统计的结果进行比较和分析；
T3、所述自然能源的发电功率大于所述负载的功率时，所述逆变器的控制单元对所述IGBT发出指令，所述IGBT根据指令导通所述自然能源对所述负载的供电，同时所述逆变器将来自所述自然能源多余的电能充电给所述储能装置；
T4、所述自然能源的发电功率小于所述负载的功率时，所述逆变器的控制单元对所述IGBT发出指令，所述IGBT根据指令同时导通所述自然能源和所述储能装置对所述负载的供电；
其中，步骤S1、T1同时执行，步骤T3、T4同时执行。
作为本发明所述的自然能源与储能设备结合的的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法的一种改进，所述自然能源为太阳能、水能、波能、潮汐能、风能和生物质能中的至少一种。自然能源作为清洁能源提供电能，在自然能源可以是多种形式，根据生产需求可以灵活地设置。
作为本发明所述的自然能源与储能设备结合的的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法的一种改进，所述储能装置为锂电池组。除此之外，储能装置还可以是其他具有相同功效的储能机构，根据具体情况可以灵活地设置。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明中逆变器的工作流程示意图；
图2为本发明的控制流程示意图；
其中：1-自然能源；2-储能装置；3-逆变器；4-负载。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1-2所示，一种自然能源与储能设备结合的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法，包括自然能源1、储能装置2、逆变器3和负载4，自然能源1、储能装置2和负载4均与逆变器3电连接，逆变器3采用IGBT进行开关控制，针对IGBT的保护控制方法包括如下步骤：
S1、逆变器3监测到储能装置2中剩余电量的百分比为100％时，逆变器3的控制单元统计自然能源1的发电功率和负载4的功率；
S2、逆变器3的控制单元对自然能源1的发电功率和负载4的功率的大小进行实时统计，并对统计的结果进行比较和分析；
S3、在一分钟之内，出现了三次以上如“自然能源1的发电功率大于负载4的功率”、“自然能源1的发电功率等于负载4的功率”、“自然能源1的发电功率小于负载4的功率”的不同状态之间的切换；
S4、逆变器3的控制单元对IGBT发出指令，IGBT根据指令导通储能装置2对负载4的供电，同时断开自然能源1对负载4的供电；
T1、逆变器3监测到储能装置2中剩余电量的百分比小于90％时，逆变器3的控制单元统计自然能源1的发电功率和负载4的功率；
T2、逆变器3的控制单元对自然能源1的发电功率和负载4的功率的大小进行实时统计，并对统计的结果进行比较和分析；
T3、自然能源1的发电功率大于负载4的功率时，逆变器3的控制单元对IGBT发出指令，IGBT根据指令导通自然能源1对负载4的供电，同时逆变器3将来自自然能源1多余的电能充电给储能装置2；
T4、自然能源1的发电功率小于负载4的功率时，逆变器3的控制单元对IGBT发出指令，IGBT根据指令同时导通自然能源1和储能装置2对负载4的供电；
其中，步骤S1、T1同时执行，步骤T3、T4同时执行。
优选的，自然能源1为太阳能、水能、波能、潮汐能、风能和生物质能中的至少一种。自然能源1作为清洁能源提供电能，在自然能源1可以是多种形式，根据生产需求可以灵活地设置。
优选的，储能装置2为锂电池组。除此之外，储能装置2还可以是其他具有相同功效的储能机构，根据具体情况可以灵活地设置。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种自然能源与储能设备结合的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法，包括自然能源(1)、储能装置(2)、逆变器(3)和负载(4)，所述自然能源(1)、所述储能装置(2)和所述负载(4)均与所述逆变器(3)电连接，其特征在于：所述逆变器(3)采用IGBT进行开关控制，针对所述IGBT的保护控制方法包括如下步骤：
S1、所述逆变器(3)监测到所述储能装置(2)中剩余电量的百分比为100％时，所述逆变器(3)的控制单元统计所述自然能源(1)的发电功率和所述负载(4)的功率；
S2、所述逆变器(3)的控制单元对所述自然能源(1)的发电功率和所述负载(4)的功率的大小进行实时统计，并对统计的结果进行比较和分析；
S3、在一分钟之内，出现了三次以上如“所述自然能源(1)的发电功率大于所述负载(4)的功率”、“所述自然能源(1)的发电功率等于所述负载(4)的功率”、“所述自然能源(1)的发电功率小于所述负载(4)的功率”的不同状态之间的切换；
S4、所述逆变器(3)的控制单元对所述IGBT发出指令，所述IGBT根据指令导通所述储能装置(2)对所述负载(4)的供电，同时断开所述自然能源(1)对所述负载(4)的供电；
T1、所述逆变器(3)监测到所述储能装置(2)中剩余电量的百分比小于90％时，所述逆变器(3)的控制单元统计所述自然能源(1)的发电功率和所述负载(4)的功率；
T2、所述逆变器(3)的控制单元对所述自然能源(1)的发电功率和所述负载(4)的功率的大小进行实时统计，并对统计的结果进行比较和分析；
T3、所述自然能源(1)的发电功率大于所述负载(4)的功率时，所述逆变器(3)的控制单元对所述IGBT发出指令，所述IGBT根据指令导通所述自然能源(1)对所述负载(4)的供电，同时所述逆变器(3)将来自所述自然能源(1)多余的电能充电给所述储能装置(2)；
T4、所述自然能源(1)的发电功率小于所述负载(4)的功率时，所述逆变器(3)的控制单元对所述IGBT发出指令，所述IGBT根据指令同时导通所述自然能源(1)和所述储能装置(2)对所述负载(4)的供电；
其中，步骤S1、T1同时执行，步骤T3、T4同时执行。
2.如权利要求1所述的自然能源与储能设备结合的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法，其特征在于：所述自然能源(1)为太阳能、水能、波能、潮汐能、风能和生物质能中的至少一种。
3.如权利要求1所述的自然能源与储能设备结合的离网供电系统充放电时对IGBT的保护控制方法，其特征在于：所述储能装置(2)为锂电池组。
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