CN109842095B - 一种功率变换系统、控制器和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率变换系统、控制器和控制方法。该功率变换系统包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；该控制器用于在接收到快速关断命令时，向各关断器发送关断指令，并控制所述功率变换器对自身输入电容进行放电，直至所述功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电。本申请实现了将功率变换器输入电压降到安全电压以下。

Description

一种功率变换系统、控制器和控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种功率变换系统、控制器和控制方法。

背景技术

在分布式发电系统中，多个直流电源串并联在一起作为一个整体为功率变换器提供直流输入电压，再由功率变换器转换成需要的电压输出。但是，该整体输出的电压可高达数百伏甚至上千伏，存在触电隐患。

目前的防触电方案是为每个直流电源分别配置一个关断器，当有人员靠近时，控制器向各关断器发送关断指令以关断各直流电源的输出，从而将各直流电源之间的相互连接全部断开，不再构成整体为功率变换器提供直流输入电压。

但是在关断各直流电源的输出后，功率变换器输入电容上仍存在大量的电荷，如果不及时将其电荷泄放掉，则仍然存在触电隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种功率变换系统、控制器和控制方法，以实现将功率变换器输入电压降到安全电压以下。

一种用于功率变换系统的控制器，其中：

所述功率变换系统包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；

所述控制器，用于在接收到快速关断命令时，向各关断器发送关断指令，并控制所述功率变换器对自身输入电容进行放电，直至所述功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电。

可选的，所述控制器具体用于在向各关断器发送关断指令后，延时预设时间再控制所述功率变换器对自身输入电容进行放电。

可选的，所述功率变换器为两级式功率变换器，包括前级功率变换电路和后级功率变换电路；

对应的，所述控制器具体用于通过控制前级功率变换电路进行功率变换来对功率变换器输入电容进行放电，直至前级功率变换电路的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电。

可选的，所述控制器具体用于以所述预设值作为前级功率变换电路的输入电压的参考值，来控制前级功率变换电路进行功率变换，直至前级功率变换电路的输入电压达到所述参考值。

可选的，所述控制器具体用于控制前级功率变换电路在预设的固定占空比下进行功率变换，直至前级功率变换电路的输入电压达到所述预设值。

可选的，所述功率变换器还包括从后级功率变换电路的输入电容上取电的电源，所述电源的输出端连接所述控制器。

可选的，所述控制器具体用于间歇性控制前级功率变换电路进行功率变换。

一种功率变换系统，包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；

所述功率变换系统还包括如上述公开的任一种用于功率变换系统的控制器。

可选的，所述功率变换系统还包括：并联在功率变换器输入电容上的、由电阻与第三可控开关串联而成的可控放电电路；

所述控制器还用于在接收到所述快速关断命令时，控制所述第三可控开关闭合。

一种用于功率变换系统的控制方法，其中：

所述功率变换系统包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；

所述控制方法包括：判断是否接收到快速关断命令，若是，向各关断器发送关断指令，并控制功率变换器对自身输入电容进行放电，直至所述功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电。

从上述的技术方案可以看出，本发明能够在有人员靠近时，控制所有关断器关断直流电源的输出，从而将各直流电源之间的相互连接全部断开，不再构成整体为功率变换器提供直流输入电压；同时所述控制器还通过控制功率变换器工作来完成对功率变换器输入电容的放电，从而将功率变换器输入电压降低到安全电压以下，而无需在原有功率变换器的基础上额外增加放电硬件电路。

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一种用于功率变换系统的控制器结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种关断器结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种应用于包含两级式功率变换器的功率变换系统的控制器结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种功率变换系统结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种用于功率变换系统的控制方法流程图；

图6为本发明实施例公开的又一种用于功率变换系统的控制方法流程图。

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。

参见图1，本发明实施例公开了一种用于功率变换系统的控制器，具体描述如下：

所述功率变换系统包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端。所述功率变换系统通过与直流电源相结合来构建分布式发电系统，每个关断器的输入端各连接至少一个直流电源(当任意一个关断器的输入端连接多个直流电源时，这多个直流电源之间可以采用串联、并联或混联的方式连接)，所述直流电源具体可以是光伏组件、蓄电池、超级电容或燃料电池等，所述功率变换器具体可以是逆变器、变流器或储能变换器等，并不局限，图1仅以“每个关断器的输入端各连接一个光伏组件，共有2个所述组串”作为示例。

仍参见图1，在正常发电情况下，所述功率变换器将输入侧能量变换到输出侧，供给输出侧的负载。而当有人员靠近时，所述控制器会接收到快速关断命令，该快速关断命令可以是工作人员主动发送，也可以是现场检测设备检测到有人员靠近时自动发送，也可以是远程服务器自动发送，并不局限。所述控制器在接收到该快速关断命令时，向各关断器发送关断指令(图1中未示出所述控制器与各关断器之间的通信连接)，从而将各直流电源之间的相互连接全部断开，与此同时所述控制器还控制所述功率变换器对自身输入电容进行放电，直至功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电，从而将功率变换器输入电压降低到安全电压以下，且无需在原有功率变换器的基础上额外增加硬件放电电路。

其中，所述控制器控制所述功率变换器对自身输入电容进行放电，具体是指：所述控制器通过与功率变换器自身的控制单元进行通信，指示所述控制单元控制功率变换器实现对输入电容的放电。所述控制器与各关断器、所述控制单元之间的通信方式可以是IO信号通信、无线通信、RS485通信、CAN通信或电力线载波通信等，并不局限。可选的，所述控制器与所述控制单元可以是相互独立的硬件装置，或者为了进一步降低系统成本，也可以将所述控制器的逻辑功能集成在所述控制单元内部。

此外，考虑到如果在关断器未全部关断时，就控制功率变换器对自身输入电容进行放电的话，则由于仍有个别直流电源在持续为功率变换器输入电容进行充电，势必会增加功率变换器输入电容上电荷泄放的难度，所以本发明实施例推荐所述控制器在向各关断器发送关断指令后，延时预设时间再控制所述功率变换器对自身输入电容进行放电，以保证对功率变换器输入电容放电前所有关断器均已完成关断。

其中，所述控制器实现上述延时放电功能的具体操作方式可以是：所述控制器在接收到快速关断命令时，向各关断器发送关断指令，之后延时预设时间再向功率变换器自身控制单元发送对功率变换器输入电容的放电指令，直至功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电；或者，所述控制器在接收到快速关断命令时，向各关断器发送关断指令，同时向功率变换器自身控制单元发送对功率变换器输入电容的放电指令，功率变换器自身控制单元延时执行所述放电指令，直至功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电。

可选的，在上述公开的任一实施例中，所述关断器可以包括二极管D1和第一可控开关K1，第一可控开关K1串联在所述关断器的输入负极或输入正极，二极管D1反向并联在所述关断器的输出端，如图2所示，此时，所述控制器通过控制第一可控开关K1断开来关断直流电源的输出。当然，所述关断器也可以采用其他现有的拓扑结构，此处不再赘述。

可选的，在上述公开的任一实施例中，如图3所示，所述功率变换器为两级式功率变换器，包括若干个前级功率变换电路和一后级功率变换电路(例如两级式逆变器包括前级的升压电路和后级的逆变电路，该升压电路通常为Boost电路)，各前级功率变换电路输出并联接入所述后级功率变换电路的输入端，各前级功率变换电路输入独立，图3仅以该两级式功率变换器包括一个前级功率变换电路和一个后级功率变换电路为例。此时，所述控制器具体用于通过控制前级功率变换电路进行功率变换来对功率变换器输入电容(即图3中示出的电容C1)进行放电，直至前级功率变换电路的输入电压(即功率变换器的输入电压，也即电容C1电压)降低到预设值时停止对电容C1的放电，其中该预设值的大小根据要求的安全电压进行设置。前级功率变换电路的功率变换过程将电容C1上的电荷都转移到了后级功率变换电路输入电容C2上，从而能够将电容C1上的电压降低到安全电压以下。

其中需要说明的是，当所述功率变换器具有n个前级功率变换电路时，每个前级功率变换电路的输入端各有一个输入电容，即所述功率变换器共有n个输入电容，n≥1，此时所述控制器控制前级功率变换电路进行功率变换，是指所述控制器同时控制各个前级功率变换电路进行功率变换来实现对本前级功率变换电路的输入电容的放电，且所述控制器对各个前级功率变换电路的控制逻辑相同。

其中，所述控制器控制前级功率变换电路进行功率变换，可以是所述控制器闭环控制前级功率变换电路进行功率变换，也就是说，所述控制器以所述预设值作为前级功率变换电路的输入电压的参考值，来控制前级功率变换电路进行功率变换，直至前级功率变换电路的输入电压达到所述参考值。或者，所述控制器控制前级功率变换电路进行功率变换，也可以是所述控制器开环控制前级功率变换电路进行功率变换，也就是说，所述控制器控制前级功率变换电路在预设的固定占空比下进行功率变换，直至前级功率变换电路的输入电压达到所述预设值。

可选的，在上述公开的任一实施例中，考虑到由于前级功率变换电路的功率变换过程将电容C1上的电荷都转移到了电容C2上，这时仅依靠功率变换器原本对电容C2进行放电的电路可能不能将电容C2上的电荷及时泄放掉，容易造成电容C2电压过高，所以本实施例还可以采取以下措施中的任意一种或任意几种的组合来加快释放电容C2上的电荷，具体描述如下：

方式1：所述功率变换器还包括从后级功率变换电路的输入电容C2上取电的电源，所述电源的输出端连接所述控制器，仍参见图3；这样，不仅可以起到泄放电容C2上的电荷的作用，而且泄放的电荷正好用来为所述控制器供电；

方式2：间歇性控制前级功率变换电路进行功率变换，例如每隔1秒间隙控制前级功率变换电路进行一次功率变换，从而避免电容C2上的电荷瞬间积累过多；

方式3：控制后级功率变换电路进行功率变换，从而使电容C2上的电荷被后级功率变换电路内部功率器件消耗掉，或者转移到后级负载中；

方式4：开启所述电源上的其他负载，例如散热风扇等。

由上述公开的任一实施例可知，本发明能够在有人员靠近时，控制所有关断器关断直流电源的输出，从而将各直流电源之间的相互连接全部断开；同时所述控制器还通过控制功率变换器工作来完成对功率变换器输入电容的放电，从而将功率变换器输入电压降低到安全电压以下，而无需在原有功率变换器的基础上额外增加放电硬件电路。

本发明实施例还公开了一种功率变换系统，包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；此外，所述功率变换系统还包括如上述公开的任一种用于功率变换系统的控制器，以实现在无需在原有功率变换器的基础上额外增加放电硬件电路的情况下，将功率变换器输入电容C1电压降到安全电压以下。

当然，在上述公开的任一功率变换系统的基础上，也可以以额外增加放电硬件电路为代价来加快电容C1上的电荷泄放速度，例如为所述功率变换器设置并联在电容C1上的、由电阻R1与第三可控开关K3串联而成的可控放电电路，如图4所示。对应的，所述控制器还用于在接收到所述快速关断命令时，控制所述第三可控开关闭合，从而利用所述电阻消耗能量来加快电容C1上的电荷泄放速度。

其中需要说明的是，当所述功率变换器具有n个前级功率变换电路时，每个前级功率变换电路的输入端各有一个输入电容，即所述功率变换器共有n个输入电容，n≥1，此时每个输入电容上都要并联一个所述可控放电电路。

本发明实施例还公开了一种用于功率变换系统的控制方法，所述功率变换系统包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；参见图5，所述用于功率变换系统的控制方法包括：

步骤S01：判断是否接收到快速关断命令，若是，进入步骤S02；若否，返回步骤S01；

步骤S02：向各关断器发送关断指令；

步骤S03：控制功率变换器对自身输入电容进行放电，直至所述功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电。

可选的，考虑到如果在关断器未全部关断时，就控制功率变换器对自身输入电容进行放电的话，则由于仍有个别直流电源在持续为功率变换器输入电容进行充电，势必会增加功率变换器输入电容上电荷泄放的难度，所以本发明实施例还公开又一种用于功率变换系统的控制方法，如图5所示，具体包括：

步骤S11：判断是否接收到快速关断命令，若是，进入步骤S12；若否，返回步骤S11；

步骤S12：向各关断器发送关断指令；

步骤S13：判断所有关断器是否均已关断，若是，进入步骤S14；若否，返回步骤S13；

步骤S14：控制功率变换器对自身输入电容进行放电，直至所述功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电。

由图5可知，本发明实施例通过在向各关断器发送关断指令后，延时预设时间再控制功率变换器对自身输入电容进行放电，以保证对功率变换器输入电容放电前所有关断器均已完成关断。

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。对于实施例公开的控制方法而言，由于其与实施例公开的控制器产品相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见控制器产品部分说明即可。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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)

1.一种用于功率变换系统的控制器，其特征在于：

所述功率变换系统包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，所述功率变换系统通过与直流电源相结合来构建分布式发电系统，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；

所述控制器，用于在接收到快速关断命令时，向各关断器发送关断指令，并通过控制所述功率变换器自身工作来完成对所述功率变换器输入电容的放电，直至所述功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电；当有人员靠近时，所述控制器接收到所述快速关断命令。

2.根据权利要求1所述的用于功率变换系统的控制器，其特征在于，所述控制器具体用于在向各关断器发送关断指令后，延时预设时间再控制所述功率变换器对自身输入电容进行放电。

3.根据权利要求1或2所述的用于功率变换系统的控制器，其特征在于，所述功率变换器为两级式功率变换器，包括前级功率变换电路和后级功率变换电路；

对应的，所述控制器具体用于通过控制前级功率变换电路进行功率变换来对功率变换器输入电容进行放电，直至前级功率变换电路的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电。

4.根据权利要求3所述的用于功率变换系统的控制器，其特征在于，所述控制器具体用于以所述预设值作为前级功率变换电路的输入电压的参考值，来控制前级功率变换电路进行功率变换，直至前级功率变换电路的输入电压达到所述参考值。

5.根据权利要求3所述的用于功率变换系统的控制器，其特征在于，所述控制器具体用于控制前级功率变换电路在预设的固定占空比下进行功率变换，直至前级功率变换电路的输入电压达到所述预设值。

6.根据权利要求3所述的用于功率变换系统的控制器，其特征在于，所述功率变换器还包括从后级功率变换电路的输入电容上取电的电源，所述电源的输出端连接所述控制器。

7.根据权利要求3所述的用于功率变换系统的控制器，其特征在于，所述控制器具体用于间歇性控制前级功率变换电路进行功率变换。

8.一种功率变换系统，其特征在于，包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；

所述功率变换系统还包括如权利要求1-7中任一项所述的用于功率变换系统的控制器。

9.根据权利要求8所述的功率变换系统，其特征在于，所述功率变换系统还包括：并联在功率变换器输入电容上的、由电阻与第三可控开关串联而成的可控放电电路；

所述控制器还用于在接收到所述快速关断命令时，控制所述第三可控开关闭合。

10.一种用于功率变换系统的控制方法，其特征在于：

所述功率变换系统包括关断器阵列和功率变换器，其中：多个关断器输出串联形成组串，若干组串并联形成所述关断器阵列，所述关断器阵列的输出端连接所述功率变换器的输入端，所述功率变换系统通过与直流电源相结合来构建分布式发电系统，每个关断器的输入端连接至少一个直流电源；

所述控制方法包括：判断是否接收到快速关断命令，若是，向各关断器发送关断指令，并通过控制所述功率变换器自身工作来完成对所述功率变换器输入电容的放电，直至所述功率变换器的输入电压降低到预设值时才停止对所述电容的放电；当有人员靠近时，控制器接收到所述快速关断命令。

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