CN110311584A - 一种逆变器及光伏并网系统 - Google Patents

一种逆变器及光伏并网系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种逆变器及光伏并网系统，一种逆变器，包括：控制器、逆变电路、滤波电感、阻尼电阻和滤波电容；所述逆变电路包括可控开关管；所述逆变电路的输出端通过所述滤波电感连接第一节点，所述阻尼电阻和滤波电容串联后连接在所述第一节点和交流侧的虚拟N点之间；所述控制器，用于在确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，且确定所述逆变器的输出端断开与交流侧的连接时，交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，以使所述逆变器输入端的母线电容的能量通过所述阻尼电阻进行泄放。使逆变器输入端的电容上储存的残余电荷进行泄放，从而避免工作人员检修时，逆变器输入端的电容上的高压对人身造成伤害，保护人身安全。

Description

一种逆变器及光伏并网系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种逆变器及光伏并网系统。
背景技术
逆变器的作用是将输入端的直流电逆变为交流电，在电力传输过程中被广泛应用。例如，在光伏并网系统中，太阳能电池板输出的为直流电，如果将直流电反馈到交流电网，则需要逆变器将直流电逆变为交流电后反馈给电网。
由于逆变器中包括电容元件，而电容元件可以储能，当外部断电后，电容元件在很长一段时间内，仍然存在一定的电荷。此时如果工作人员对逆变器进行检修，如果触碰到带有较高电压的电容元件则可能存在触电危险。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种逆变器及光伏并网系统，能够在外部断电时，将逆变器输入端的母线电容的能量快速进行泄放，以免造成安全事故。
本申请提供一种逆变器，包括：控制器、逆变电路、滤波电感、阻尼电阻和滤波电容；
所述逆变电路包括可控开关管；
所述逆变电路的输出端通过所述滤波电感连接第一节点，所述阻尼电阻和滤波电容串联后连接在所述第一节点和交流侧的虚拟N点之间；
所述控制器，用于在确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，且确定所述逆变器的输出端断开与交流侧的连接时，交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，以使所述逆变器输入端的母线电容的能量通过所述阻尼电阻进行泄放。
优选地，所述控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，具体包括：
所述逆变器控制所有所述上管均导通并保持第一时间段，然后控制所有所述上管均关断，并控制所有所述下管均导通并保持第二时间段，以此循环直至所述母线电容完成放电。
优选地，所述控制器确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，具体包括：
所述控制器接收上一级的关断信号指令，则确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接；
或，
所述控制器判断直流母线电压在单位时间内的降低值大于预设值，则确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接。
优选地，所述交流侧的虚拟N点与所述母线电容的中点连接在一起时，
所述控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通具体通过相同相位的正弦波调制脉冲或者方波进行控制。
优选地，当所述交流侧的虚拟N点与所述母线电容的中点未连接时，
所述控制器还用于控制所述逆变电路的三相交流输出端分别输出三个两两之间互相相差120度的交流电压；
或，
所述控制器还用于控制所述逆变电路的三相交流输出端中的两个输出相同相位的交流电压，另一个输出不同相位的交流电压。
优选地，当所述控制器还用于控制所述逆变电路的三相交流输出端中的两个输出相同相位的交流电压，另一个输出不同相位的交流电压时，具体控制另一个输出与所述相同相位相差180度的交流电压。
本申请还提供一种逆变器，包括：放电电阻、开关、控制器、逆变电路、滤波电感和滤波电容；
所述逆变电路包括可控开关管；
所述逆变电路的输出端通过所述滤波电感连接第一节点，所述滤波电容连接在所述第一节点和交流侧的虚拟N点之间；所述放电电阻连接在所述逆变器输入端的母线电容的中点与所述交流侧的虚拟N点之间；
所述开关并联在所述放电电阻的两端；
所述控制器，用于在确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，且确定所述逆变器的输出端断开与交流侧的连接时，控制所述开关断开，且交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，以使所述逆变器输入端的母线电容的能量通过所述放电电阻进行泄放。
优选地，所述控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，具体包括：
所述逆变器控制所有所述上管均导通并保持第一时间段，然后控制所有所述上管均关断，并控制所有所述下管均导通并保持第二时间段，以此循环直至所述母线电容完成放电。
优选地，所述控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通具体通过相同相位的正弦波调制脉冲或者方波进行控制。
本申请还提供一种光伏并网系统，包括以上所述的逆变器，还包括：直流-直流变换器；
所述母线电容为所述直流-直流变换器的输出电容。
与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：
该逆变器包括：控制器、逆变电路、滤波电感、阻尼电阻和滤波电容；所述逆变电路包括可控开关管；逆变电路的输出端通过所述滤波电感连接第一节点，所述阻尼电阻和滤波电容串联后连接在所述第一节点和交流侧的虚拟N点之间；有效利用逆变器的滤波器中的阻尼电阻作为耗电元件，在逆变器外部的电源断开时，通过交替控制逆变电路的上管和下管交替导通，从而形成通路，使逆变器输入端的电容上储存的残余电荷进行泄放，从而避免工作人员检修时，逆变器输入端的电容上的高压对人身造成伤害，保护人身安全。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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它的附图。
图1为本申请实施例一提供的一种逆变器的示意图；
图2为本申请实施例二提供的另一种逆变器的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种光伏并网系统的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，该图为本申请提供的一种逆变器的示意图。
本实施例提供的逆变器，包括：控制器300、逆变电路、滤波电感、阻尼电阻和滤波电容；
本实施例提供的逆变器可以在外部电源断开时，对母线电容上存储的电能进行放电，此处的母线电容是指逆变器输入端的母线电容，如图1中的母线电容C1和C2，一般情况下，C1和C2的容值相等，即C1和C2平分C1和C2的公共点作为中点O。C1和C2串联后连接在逆变器的输入端。
当光伏并网系统为两级系统时，即光伏阵列的输出端连接直流-直流DC-DC变换器，DC-DC变换器的输出端连接逆变器；此时，以上的电容是指DC-DC变换器的输出电容。
所述逆变电路包括可控开关管；
需要说明的是，逆变电路的具体拓扑在此不具体限定，例如可以为三电平T型逆变电路，如图1所示，为三相电网对应的逆变器，上管对应的开关管包括三个，分别为S1、S2和S3，下管对应的开关管包括三个，分别为S4、S5和S6。上管和下管形成桥臂200。另外，逆变电路还包括横向布置的开关管100，图1中以横向包括六个开关管为例进行介绍。由于本申请实施例是在逆变电路的输入端断开电源时的工作方式，因此，需要控制横向布置的开关管全部保持断开状态，下面仅介绍如何控制上管和下管对母线电容进行放电。
通常滤波器连接在逆变器的输出端，用于滤除干扰信号，如图1所示，滤波器可以包括、滤波电感(La、Lb和Lc)、阻尼电阻和滤波电容(CA、CB和CC)；逆变电路的输出端通过所述滤波电感连接第一节点，所述阻尼电阻和滤波电容串联后连接在所述第一节点和交流侧的虚拟N点之间。
由于阻尼电阻和滤波电容串联，因此可以是阻尼电阻靠近交流输出端，也可以是滤波电容靠近交流输出端，本实施例中不做具体限定。如图1所示，当交流侧为三相电网时，逆变电路的三个输出端分别通过三个滤波电感连接第一节点，三相对应的第一节点分别为A、B和C；其中，阻尼电阻R1的第一端连接节点A，阻尼电阻R1的第二端连接滤波电容CA，同理阻尼电阻R2的第一端连接节点B，阻尼电阻R2的第二端连接滤波电容CB；阻尼电阻R3的第一端连接节点C，阻尼电阻R3的第二端连接滤波电容CC。三个滤波电容CA、CB和CC非连接阻尼电阻的一端连接在一起，CA、CB和CC的一端连接在一起后可以连接交流侧的虚拟N点，其中交流侧的虚拟N点可以与直流侧的中点O连接在一起，也可以不连接在一起。
可以理解的是，滤波器除了包括串联的阻尼电阻和滤波电容以外，还包括滤波电感。
所述控制器，用于在确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，且确定所述逆变器的输出端断开与交流侧的连接，即对应此时交流侧处于孤岛状态时，交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，即控制上管(S1、S2和S3)导通时，控制下管(S4、S5和S6)断开；再控制上管(S1、S2和S3)断开时，控制下管(S1、S2和S3)导通；以使所述逆变器输入端的母线电容的能量通过所述滤波器中的阻尼电阻进行泄放。由于电阻为耗电元件，因此阻尼电阻可以将能量以热能的形式进行消耗。
需要说明的是，为了不产生短路，因此，上管和下管不能同时导通。
下面以三电平T型逆变器为例进行介绍，控制器控制上管(S1、S2和S3)和下管(S1、S2和S3)交替导通，例如控制上管导通第一时间段T1，T1内下管保持断开，此时，电容C1的能量可以通过上管到达交流输出端，然后通过滤波器中串联的阻尼电阻和滤波电容到达交流侧的虚拟N点，形成通路，其中电阻可以对C1上储存的能量进行泄放。同理，当控制器控制下管(S1、S2和S3)导通第二时间段T2时，T2内上管保持断开，电容C2的能量可以通过下管到达交流输出端，然后通过滤波器中串联的阻尼电阻和滤波电容到达交流侧的虚拟N点，形成通路。如此循环，交替控制上管和下管导通，从而在滤波电容和阻尼电阻上产生一个正负交变的电压，此时电容阻抗较小或者可以忽略不计即等效为短路，可以利用电阻进行快速放电。
优选地，第一时间T1等于第二时间T2可以让直流母线的上下两个母线电容C1和C2进行均衡放电，即基本上两个电容的电量可以放完。如果T1和T2不相等，则在相同的交替放电周期结束后，会存在其中一个母线电容的电量已被放完，而另一个母线电容的电量还没被放完，甚至还可存在很多。
本实施例提供的逆变器，有效利用逆变器的滤波器中的阻尼电阻作为耗电元件，在逆变器外部的电源断开时，通过交替控制逆变电路的上管和下管交替导通，从而形成通路，使逆变器输入端的母线电容上储存的残余电荷进行泄放，从而避免工作人员检修时，逆变器输入端的母线电容上的高压对人身造成伤害，保护人身安全。
下面介绍判断逆变器的输入端与直流电源断开连接的方式，具体可以包括以下两种，即逆变器主动检测直流母线电压来实现，以及，逆变器被动接收上一级的指令来实现。
所述控制器确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，具体包括：
第一种：
控制器接收上一级的关断信号指令，则确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接。即逆变器的控制器接收上一级控制器的指令，确定逆变器的输入端已经断开与直流电源的连接，此时可以对逆变器输入端的母线电容进行放电。
第二种：
控制器判断直流母线电压在单位时间内的降低值大于预设值，则确定逆变器的输入端已断开与直流电源的连接。即在逆变器并网状态下，检测直流母线电压突然减小，并且降低值超过预设值，则判断逆变器输入端的直流电源已经断开。另外也可以通过离网状态下进行判断，即逆变器断开与交流侧的连接时，启动风扇后，检测光伏阵列的电压突然减小，且降低值超过设置值，则判断直流电源断开。
需要说明的是，此处的直流电源在光伏并网系统中是指光伏阵列。
下面具体介绍控制上管和下管的方式以及交流输出端的情况，下面分为两种连接方式来介绍。
第一种：当交流侧的虚拟N点与母线电容的中点连接在一起时，可以包括以下3种情况，其中可以优选以下第1种控制方式：
1、控制器用于控制所述逆变电路的三相交流输出端分别输出三相同相的的交流电压。即控制器可以通过相同相位的正弦波调制脉冲或者方波交替控制上管导通和下管导通，即控制三个上管的驱动脉冲信号的相位相同，控制三个下管的驱动脉冲信号的相位相同。
2、控制器用于控制所述逆变电路的三相交流输出端分别输出三个两两之间互相相差120度的交流电压；即A相与B相之间相差120度，B相与C相之间相差120度，C相与A相之间相差120度。
3、控制器用于控制所述逆变电路的三相交流输出端中的两个输出相同相位的交流电压，另一个输出不同相位的交流电压，例如，A相和B相输出相同相位的交流电压，C相输出与A相不同相位的交流电压。
当所述控制器还用于控制所述逆变电路的三相交流输出端中的两个输出相同相位的交流电压，另一个输出不同相位的交流电压时，具体控制另一个输出与所述相同相位相差180度的交流电压。例如，A相和B相输出相同相位的电压，C相输出的交流电压与A相输出的交流电压的相位相差180度。第二种：当交流侧的虚拟N点与所述母线电容的中点O未连接时：可以采取第一种连接方式中的第2种和第3种，不可以采样第1种。由于以上已经介绍了第2种和第3种，在此不再赘述。
以上实施例介绍的逆变器对输入端的电容进行放电，利用了滤波器中已有的电阻，下面介绍当滤波器中没有电阻时的实现方式，可以通过添加电阻和开关的方式来实现。
参见图2，该图为本申请实施例提供的另一种逆变器的示意图。
本实施例提供的逆变器，包括：放电电阻R、开关Relay、控制器(图中未示出)、逆变电路、滤波电感和滤波电容；
所述逆变电路包括可控开关管；需要说明的是，图2中的逆变电路与图1中的相同，在此不再赘述。
所述逆变电路的输出端通过所述滤波电感连接第一节点，所述滤波电容连接在所述第一节点和交流侧的虚拟N点之间；所述放电电阻连接在所述逆变器输入端的母线电容的中点O与所述交流侧的虚拟N点之间；
所述开关Relay并联在所述放电电阻R的两端；
所述控制器，用于在确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，且确定所述逆变器的输出端断开与交流侧的连接，即交流侧处于孤岛状态时，控制所述开关Relay断开，且交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，以使所述逆变器输入端的母线电容的能量通过所述放电电阻进行泄放。
其中，开关Relay可以为继电器，也可以为IGBT或MOS等其他类型的可控开关管，在此不做具体限定。
由于开关Relay并联在放电电阻R的两端，当开关Relay闭合时，可以将放电电阻R短路。当开关Relay断开时，电流通过放电电阻R，因此可以通过放电电阻R消耗电容上储存的能量，从而对电容进行放电。
以上介绍的放电电阻，可以为一个，也可以为多个，多个时可以串并联形成，在此不做具体限定。
本实施例中控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通的情况可以与图1对应的实施例部分相同，具体包括：
所述逆变器控制所有所述上管均导通并保持第一时间段T1，然后控制所有所述上管均关断，并控制所有所述下管均导通并保持第二时间段T2，以此循环直至所述母线电容完成放电。其中，T1和T2可以相等，也可以不相等。
其中，控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通具体通过相同相位的正弦波调制脉冲或者方波进行控制。
本实施例提供的逆变器，当滤波器中没有电阻时，添加放电电阻，利用放电电阻作为耗电元件，在逆变器外部的电源断开时，通过交替控制逆变电路的上管和下管交替导通，从而形成通路，使逆变器输入端的母线电容上储存的残余电荷进行泄放，从而避免工作人员检修时，逆变器输入端的电容上的高压对人身造成伤害，保护人身安全。
本实施例中判断逆变器的输入端已经与直流电源断开的方式与图1对应的实施例相同，在此不再赘述。
基于以上实施例提供的一种逆变器，本申请实施例还提供一种光伏并网系统，下面结合附图进行详细介绍。
本实施例提供的光伏并网系统，参见图3，该图为本申请实施例提供的一种光伏并网系统示意图。
本实施例提供的光伏并网系统包括图1对应实施例介绍的逆变器，或包括图2对应实施例介绍的逆变器，还包括：直流-直流DC-DC变换器300；
所述母线电容为所述直流-直流DC-DC变换器300的输出电容。
另外，光伏并网系统还可以包括光伏阵列，光伏阵列的输出端连接DC-DC变换器300的输入端，DC-DC变换器300的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端连接交流电网。逆变器用于将直流电逆变为交流电后反馈给交流电网，完成并网发电。
本申请提供的光伏并网系统，可以在直流电源断开后，例如，光伏阵列断开或者没有电能输出时，将逆变器输入端的母线电容上的电能进行泄放，从而保护维修人员的人身安全，避免造成安全事故。
当逆变器的输入端连接DC-DC变换器300时，母线电容是指DC-DC变换器300的输出电容。由于DC-DC变换器300输出的是直流电，因此，母线电容又称为直流母线电容。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种逆变器，其特征在于，包括：控制器、逆变电路、滤波电感、阻尼电阻和滤波电容；
所述逆变电路包括可控开关管；
所述逆变电路的输出端通过所述滤波电感连接第一节点，所述阻尼电阻和滤波电容串联后连接在所述第一节点和交流侧的虚拟N点之间；
所述控制器，用于在确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，且确定所述逆变器的输出端断开与交流侧的连接时，交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，以使所述逆变器输入端的母线电容的能量通过所述阻尼电阻进行泄放。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，具体包括：
所述逆变器控制所有所述上管均导通并保持第一时间段，然后控制所有所述上管均关断，并控制所有所述下管均导通并保持第二时间段，以此循环直至所述母线电容完成放电。
3.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述控制器确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，具体包括：
所述控制器接收上一级的关断信号指令，则确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接；
或，
所述控制器判断直流母线电压在单位时间内的降低值大于预设值，则确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的逆变器，其特征在于，所述交流侧的虚拟N点与所述母线电容的中点连接在一起时，
所述控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通具体通过相同相位的正弦波调制脉冲或者方波进行控制。
5.根据权利要求1-3任一项所述的逆变器，其特征在于，当所述交流侧的虚拟N点与所述母线电容的中点未连接时，
所述控制器还用于控制所述逆变电路的三相交流输出端分别输出三个两两之间互相相差120度的交流电压；
或，
所述控制器还用于控制所述逆变电路的三相交流输出端中的两个输出相同相位的交流电压，另一个输出不同相位的交流电压。
6.根据权利要求5所述的逆变器，其特征在于，当所述控制器还用于控制所述逆变电路的三相交流输出端中的两个输出相同相位的交流电压，另一个输出不同相位的交流电压时，具体控制另一个输出与所述相同相位相差180度的交流电压。
7.一种逆变器，其特征在于，包括：放电电阻、开关、控制器、逆变电路、滤波电感和滤波电容；
所述逆变电路包括可控开关管；
所述逆变电路的输出端通过所述滤波电感连接第一节点，所述滤波电容连接在所述第一节点和交流侧的虚拟N点之间；所述放电电阻连接在所述逆变器输入端的母线电容的中点与所述交流侧的虚拟N点之间；
所述开关并联在所述放电电阻的两端；
所述控制器，用于在确定所述逆变器的输入端已断开与直流电源的连接，且确定所述逆变器的输出端断开与交流侧的连接时，控制所述开关断开，且交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，以使所述逆变器输入端的母线电容的能量通过所述放电电阻进行泄放。
8.根据权利要求7所述的逆变器，其特征在于，所述控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通，具体包括：
所述逆变器控制所有所述上管均导通并保持第一时间段，然后控制所有所述上管均关断，并控制所有所述下管均导通并保持第二时间段，以此循环直至所述母线电容完成放电。
9.根据权利要求7或8所述的逆变器，其特征在于，所述控制器交替控制所述逆变电路的上管导通和下管导通具体通过相同相位的正弦波调制脉冲或者方波进行控制。
10.一种光伏并网系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的逆变器，或包括权利要求7-9任一项所述的逆变器，还包括：直流-直流变换器；
所述母线电容为所述直流-直流变换器的输出电容。
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