CN111864809B - 一种并网逆变器的启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及并网逆变器技术领域，特别涉及一种并网逆变器的启动方法，通过采集逆变相电压有效值与预设的第一基准电压值进行比较判断并网逆变器的继电器是否粘合，在一个市电周期内，通过将采集到的当前逆变相电压值和市电相电压瞬时值之间的差值与预设的第三基准电压值作比较来控制继电器的关断，实现在逆变器并网前准确检测逆变器开关管及并网继电器的有效性，同时消除继电器闭合时的冲击电流以及并网时开关管驱动发波引起的冲击电流，最终使得光伏并网逆变器能够成功并网并且长期稳定地并网发电。
Description
技术领域
本发明涉及并网逆变器技术领域，特别涉及一种并网逆变器的启动方法。
背景技术
所有并网型逆变器并网前，都面临着逆变半导体开关管失效、并网继电器失效的问题、并网继电器闭合时由于继电器两端存在电势差产生冲击电流，以及逆变驱动发波时占空比初始化不合适造成的冲击电流等一系列问题。
目前并网逆变器并网前启动方法的主流做法是：
步骤1：关闭继电器及逆变驱动，检测逆变端电压是否接近0，当逆变端电压大于一定值则认为继电器粘合，进行继电器失效报错；
步骤2：逆变器实时检测电网相位，根据并网继电器从驱动到实际闭合所需时间Tr，在电网电压过零点提前Tr时间点闭合继电器，使得继电器实际闭合时大约在电网电压过零点。
步骤3：在继电器吸合后开启逆变开关管驱动进入并网电流控制，逆变器并网启动结束。
然而目前的并网逆变器主流做法在并网启动前没有对逆变器功率开关管有效性进行检测，存在当逆变开关管或其驱动电路失效时继续运行导致造成安全事故的风险；目前的并网逆变器主流做法在并网启动前只是针对继电器粘合故障做了检测，当驱动继电器但继电器没有闭合时的开路故障没有做检测；考虑到量产机器中继电器、继电器驱动电路、锁相电路及市电电压采样电路元件的差异性等，并网继电器实际闭合点与市电电压过零点存在一定的偏差，闭合时刻继电器两端依然存在电势差，冲击电流依然存在。在三相机中更是难以做到每个继电器都在过零点闭合；目前的并网逆变器主流做法在并网启动前没有对逆变驱动发波占空比做优化，使得逆变器发波时由于不合理的占空比导致启动时产生较大的冲击电流。
鉴于主流的并网逆变器并网启动方式存在以上所述缺陷，本发明提供一种并网逆变器的启动方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有检测器件有效性且启动冲击电流小的并网逆变器的启动方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种并网逆变器的启动方法，包括以下步骤：
S1、控制并网逆变器中所有的继电器断开；
S2、等待直流母线升压结束和锁相成功；
S3、采集并网逆变器的当前时刻的逆变相电压有效值，并判断采集到的当前时刻的所述逆变相电压有效值是否小于预设的第一基准电压值；
S4、若否，则判定并网逆变器的继电器粘合故障；若是，则执行步骤S5；
S5、将所述逆变输出电压有效值升压到预设的第二基准电压值，采集并网逆变器的当前时刻的逆变相电压有效值，并判断当前时刻的所述逆变输出电压有效值与预设的第二基准电压值之差的绝对值是否小于预设的第三基准电压值；
S6、若否，则判定并网逆变器的半导体开关管失效故障；若是，则执行步骤S7；
S7、控制并网逆变器的逆变相电压具有和市电相电压相同的幅值、相位和频率；在一个市电周期内，采集当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，逐点判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之差的绝对值是否均小于预设的第三基准电压值；
S8、若否，则判定逆变电压采集或控制异常；若是，则执行步骤S9；
S9、控制并网逆变器中所有的继电器闭合，并控制并网逆变器的所有半导体开关管关闭；
S10、在一个市电周期内，采集并网逆变器当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，并判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之间的差值是否均小于预设的第三基准电压值；
S11、若否，则并网逆变器为继电器开路故障；若是，则执行步骤S12；
S12、控制并网逆变器中所有的继电器断开；
S13、控制并网逆变器的逆变相电压具有和市电相电压相同的幅值、相位和频率；在一个市电周期内，采集当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，逐点判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之差的绝对值是否均小于预设的第三基准电压值；
S14、若否，则判定逆变电压采集或控制异常；若是，则执行步骤S15；
S15、控制并网逆变器中所有的继电器闭合；控制逆变电压控制模式的PWM占空比继承到逆变电流控制的PWM占空比输出，进入逆变电流控制模式，并网启动完成。
本发明的有益效果在于：
本方案设计的并网逆变器的启动方法在逆变器并网前准确检测逆变器开关管及并网继电器的有效性，同时消除继电器闭合时的冲击电流以及并网时开关管驱动发波引起的冲击电流，最终使得光伏并网逆变器能够成功并网并且长期稳定地并网发电。
附图说明
图1为根据本发明的一种并网逆变器的启动方法的步骤流程图；
图2为根据本发明的一种并网逆变器的启动方法的具体实施例的电路图；
图3为根据本发明的一种并网逆变器的启动方法的具体实施例的流程图；
图4为根据本发明的一种并网逆变器的启动方法的具体实施例的时序图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，本发明提供的技术方案：
一种并网逆变器的启动方法，包括以下步骤：
S1、控制并网逆变器中所有的继电器断开；
S2、等待直流母线升压结束和锁相成功；
S3、采集并网逆变器的当前时刻的逆变相电压有效值，并判断采集到的当前时刻的所述逆变相电压有效值是否小于预设的第一基准电压值；
S4、若否，则判定并网逆变器的继电器粘合故障；若是，则执行步骤S5；
S5、将所述逆变输出电压有效值升压到预设的第二基准电压值，采集并网逆变器的当前时刻的逆变相电压有效值，并判断当前时刻的所述逆变输出电压有效值与预设的第二基准电压值之差的绝对值是否小于预设的第三基准电压值；
S6、若否，则判定并网逆变器的半导体开关管失效故障；若是，则执行步骤S7；
S7、控制并网逆变器的逆变相电压具有和市电相电压相同的幅值、相位和频率；在一个市电周期内，采集当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，逐点判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之差的绝对值是否均小于预设的第三基准电压值；
S8、若否，则判定逆变电压采集或控制异常；若是，则执行步骤S9；
S9、控制并网逆变器中所有的继电器闭合，并控制并网逆变器的所有半导体开关管关闭；
S10、在一个市电周期内，采集并网逆变器当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，并判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之间的差值是否均小于预设的第三基准电压值；
S11、若否，则并网逆变器为继电器开路故障；若是，则执行步骤S12；
S12、控制并网逆变器中所有的继电器断开；
S13、控制并网逆变器的逆变相电压具有和市电相电压相同的幅值、相位和频率；在一个市电周期内，采集当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，逐点判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之差的绝对值是否均小于预设的第三基准电压值；
S14、若否，则判定逆变电压采集或控制异常；若是，则执行步骤S15；
S15、控制并网逆变器中所有的继电器闭合；控制逆变电压控制模式的PWM占空比继承到逆变电流控制的PWM占空比输出，进入逆变电流控制模式，并网启动完成。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
本方案设计的并网逆变器的启动方法在逆变器并网前准确检测逆变器开关管及并网继电器的有效性，同时消除继电器闭合时的冲击电流以及并网时开关管驱动发波引起的冲击电流，最终使得光伏并网逆变器能够成功并网并且长期稳定地并网发电。
进一步的，所述直流母线升压结束的条件是直流母线电压大于等于市电额定线电压*√2+50V，当不满足条件时，启动输入侧升压电路进行直流母线升压。
进一步的，所述并网逆变器的锁相方式采用软件算法锁相或者硬件过零检测锁相。
进一步的，所述并网逆变器的半导体开关管为IGBT或MOSFET。
进一步的，所述逆变电压控制模式为逆变电压开环控制或逆变电压闭环控制。
进一步的，所述步骤S5、步骤S7和步骤S13中的对逆变电压有效值的控制均以逆变电压有效值线性上升的软启动方式达到给定目标值。
进一步的，所述步骤S7和步骤S13中的并网逆变器的逆变相电压和市电相电压具有相同相位和频率由锁相成功后产生且与市电同频同相的虚拟坐标得到。
请参照图1和图4，本发明的实施例一为：
请参照图1，一种并网逆变器的启动方法，包括以下步骤：
S1、控制并网逆变器中所有的继电器断开；
S2、等待直流母线升压结束和锁相成功；所述直流母线升压结束的条件是直流母线电压大于等于市电额定线电压*√2+50V，当不满足条件时，启动输入侧升压电路进行直流母线升压；所述并网逆变器的锁相方式采用软件算法锁相或者硬件过零检测锁相。
S3、采集并网逆变器的当前时刻的逆变相电压有效值，并判断采集到的当前时刻的所述逆变相电压有效值是否小于预设的第一基准电压值；
S4、若否，则判定并网逆变器的继电器粘合故障；若是，则执行步骤S5；
S5、将所述逆变输出电压有效值升压到预设的第二基准电压值，采集并网逆变器的当前时刻的逆变相电压有效值，并判断当前时刻的所述逆变输出电压有效值与预设的第二基准电压值之差的绝对值是否小于预设的第三基准电压值；
S6、若否，则判定并网逆变器的半导体开关管失效故障；若是，则执行步骤S7；
S7、控制并网逆变器的逆变相电压具有和市电相电压相同的幅值、相位和频率；在一个市电周期内，采集当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，逐点判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之差的绝对值是否均小于预设的第三基准电压值；
S8、若否，则判定逆变电压采集或控制异常；若是，则执行步骤S9；
S9、控制并网逆变器中所有的继电器闭合，并控制并网逆变器的所有半导体开关管关闭；所述并网逆变器的半导体开关管为IGBT或MOSFET。
S10、在一个市电周期内，采集并网逆变器当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，并判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之间的差值是否均小于预设的第三基准电压值；
S11、若否，则并网逆变器为继电器开路故障；若是，则执行步骤S12；
S12、控制并网逆变器中所有的继电器断开；
S13、控制并网逆变器的逆变相电压具有和市电相电压相同的幅值、相位和频率；在一个市电周期内，采集当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，逐点判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之差的绝对值是否均小于预设的第三基准电压值；所述步骤S5、步骤S7和步骤S13中的对逆变电压有效值的控制均以逆变电压有效值线性上升的软启动方式达到给定目标值；
所述步骤S7和步骤S13中的并网逆变器的逆变相电压和市电相电压具有相同相位和频率由锁相成功后产生且与市电同频同相的虚拟坐标得到。
S14、若否，则判定逆变电压采集或控制异常；若是，则执行步骤S15；
S15、控制并网逆变器中所有的继电器闭合；控制逆变电压控制模式的PWM占空比继承到逆变电流控制的PWM占空比输出，进入逆变电流控制模式，并网启动完成；所述逆变电压控制模式为逆变电压开环控制或逆变电压闭环控制。
上述的并网逆变器的启动方法的具体实施例为：
所述并网逆变器可为单相或三相并网逆变器中的一种，本发明的具体实施例以单相并网逆变器为例，请参照图2，该单相并网逆变器的逆变并网部分包括直流母线、基于高频开关的单相逆变拓扑及滤波器、继电器RY1～RY4、开关管及继电器驱动模块、采样信号调理模块、数字控制芯片以及电网。
请参照图3和图4，具体实施步骤如下：
步骤1、进行预处理操作(T0-T1)：
断开所有继电器；
令直流母线电压值Vbus≥(市电额定线电压有效值*1.414+50V)，若光伏面板电压不满足该需求时需要启动升压电路，保证逆变控制所需母线电压；
确保锁相成功，为后续逆变电压相位控制做准备。
步骤2、进行继电器粘合判断(T1-T2)：
检测逆变相电压有效值Vinv_rms，当Vinv_rms小于10V(即第一基准电压值)时证明继电器完全和电网断开，否则判断为继电器粘合故障，报错并退出并网流程。
步骤3、进行逆变开关管失效判断(T2-T3)：
软起逆变相电压并最终令逆变相电压给定Vinvref_rms＝50V，即控制逆变输出相电压有效值Vinv_rms有效值为50V(即第二基准电压值)，软起结束后判断逆变相电压有效值Vinv_rms与50V之差的绝对值是否小于5V(即第三基准电压值)，若大于5V则判断为逆变半导体开关管失效故障工况，报错并退出并网流程。
步骤4、进行继电器开路判断(T3-T6)：
在T3-T4阶段，软起逆变相电压Vinv，最终控制逆变相电压有效值给定Vinvref_rms＝Vgrid_rms，使得逆变相电压Vinv与市电相电压Vgrid具有相同幅值、相位和频率，所述相同的相位和频率由锁相成功后产生的与市电同频同相的虚拟坐标得到。软起结束后采样逆变相电压Vinv瞬时值与市电相电压Vgrid瞬时值并根据控制算法频率逐点比较一个市电周期，当逆变相电压Vinv瞬时值与市电相电压Vgrid瞬时值之差的绝对值均小于5V(即第三基准电压值)以内，则在T4时闭合所有并网继电器。否则判断为逆变电压采样或控制异常，退出并网流程。
在T5时，关闭所有逆变开关管驱动，采样逆变相电压Vinv瞬时值与市电相电压Vgrid瞬时值并逐点比较一个市电周期，当逆变相电压Vinv瞬时值与市电相电压Vgrid瞬时值之差的绝对值大于5V(即第三基准电压值)，则判断为继电器开路故障工况，报错并退出并网。
步骤5、进行并网电流控制(T6-T8)：
在T6时，断开所有并网继电器；
在T6-T7阶段，软起逆变相电压Vinv，最终控制逆变相电压有效值给定Vinvref_rms＝Vgrid_rms，使得逆变相电压Vinv与市电相电压Vgrid具有相同幅值、相位和频率，所述相同的相位和频率由锁相成功后产生的与市电同频同相的虚拟坐标得到。软起结束后采样逆变相电压Vinv瞬时值与市电相电压Vgrid瞬时值并根据控制算法频率逐点比较一个市电周期，当逆变相电压Vinv瞬时值与市电相电压Vgrid瞬时值之差的绝对值均小于5V(即第三基准电压值)，则在T7时闭合所有并网继电器。否则判断为逆变电压采样或控制异常，退出并网流程。
在T8时，逆变电压控制转为逆变电流控制模式，将逆变电压控制模式的PWM占空比继承到逆变电流控制的PWM占空比输出，避免逆变电流控制时PWM发波产生冲击电流，进入电流控制模式，并网启动完成。
从上述具体实施例步骤2可知，本方案设计的并网逆变器的启动方法在逆变器并网前能够有效检测逆变器继电器的粘合故障。
从上述具体实施例步骤3可知，本方案设计的并网逆变器的启动方法在逆变器并网前能够有效检测逆变电路半导体开关管的有效性，当逆变开关管失效时能够退出并网流程，避免进一步的风险。
从上述具体实施例步骤4可知，本方案设计的并网逆变器的启动方法在一个市电周期内的任何时刻继电器闭合时其两端都具有相同的电势差，使得继电器闭合期间的冲击电流能够大幅减小。
从上述具体实施例步骤4可知，本方案设计的并网逆变器的启动方法在逆变器并网前能够有效检测逆变器继电器的开路故障。
从上述具体实施例步骤5可知，本方案设计的并网逆变器的启动方法在逆变器并网时电流控制模式继承了电压控制模式的占空比，有效降低了电流模式直接并网控制造成的冲击电流。
本方案设计的并网逆变器的启动方法适用于单相并网逆变器以及三相并网逆变器。
本方案在单相或三相逆变系统中继电器闭合时减弱冲击电流效果明显。
本方案在单相或三相逆变系统中并网驱动发波时减弱冲击电流效果明显。
综上所述，本发明提供的一种并网逆变器的启动方法，本方案设计的并网逆变器的启动方法在逆变器并网前准确检测逆变器开关管及并网继电器的有效性，同时消除继电器闭合时的冲击电流以及并网时开关管驱动发波引起的冲击电流，最终使得光伏并网逆变器能够成功并网并且长期稳定地并网发电。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种并网逆变器的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、控制并网逆变器中所有的继电器断开；
S2、等待直流母线升压结束和锁相成功；
S3、采集并网逆变器的当前时刻的逆变相电压有效值，并判断采集到的当前时刻的所述逆变相电压有效值是否小于预设的第一基准电压值；
S4、若否，则判定并网逆变器的继电器粘合故障；若是，则执行步骤S5；
S5、将逆变输出电压有效值升压到预设的第二基准电压值，采集并网逆变器的当前时刻的逆变相电压有效值，并判断当前时刻的所述逆变输出电压有效值与预设的第二基准电压值之差的绝对值是否小于预设的第三基准电压值；
S6、若否，则判定并网逆变器的半导体开关管失效故障；若是，则执行步骤S7；
S7、控制并网逆变器的逆变相电压具有和市电相电压相同的幅值、相位和频率；在一个市电周期内，采集当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，逐点判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之差的绝对值是否均小于预设的第三基准电压值；
S8、若否，则判定逆变电压采集或控制异常；若是，则执行步骤S9；
S9、控制并网逆变器中所有的继电器闭合，并控制并网逆变器的所有半导体开关管关闭；
S10、在一个市电周期内，采集并网逆变器当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，并判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之间的差值是否均小于预设的第三基准电压值；
S11、若否，则并网逆变器为继电器开路故障；若是，则执行步骤S12；
S12、控制并网逆变器中所有的继电器断开；
S13、控制并网逆变器的逆变相电压具有和市电相电压相同的幅值、相位和频率；在一个市电周期内，采集当前时刻的逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值，逐点判断当前时刻的所述逆变相电压瞬时值和市电相电压瞬时值之差的绝对值是否均小于预设的第三基准电压值；
S14、若否，则判定逆变电压采集或控制异常；若是，则执行步骤S15；
S15、控制并网逆变器中所有的继电器闭合；控制逆变电流控制模式的PWM占空比等于逆变电压控制模式的PWM占空比，进入逆变电流控制模式，并网启动完成。
2.根据权利要求1所述的并网逆变器的启动方法，其特征在于，所述直流母线升压结束的条件是直流母线电压大于等于市电额定线电压*√2+50V，当不满足条件时，启动输入侧升压电路进行直流母线升压。
3.根据权利要求1所述的并网逆变器的启动方法，其特征在于，所述并网逆变器的锁相方式采用软件算法锁相或者硬件过零检测锁相。
4.根据权利要求1所述的并网逆变器的启动方法，其特征在于，所述并网逆变器的半导体开关管为IGBT或MOSFET。
5.根据权利要求1所述的并网逆变器的启动方法，其特征在于，所述逆变电压控制模式为逆变电压开环控制或逆变电压闭环控制。
6.根据权利要求1所述的并网逆变器的启动方法，其特征在于，所述步骤S5、步骤S7和步骤S13中的对逆变电压有效值的控制均以逆变电压有效值线性上升的软启动方式达到给定目标值。
7.根据权利要求1所述的并网逆变器的启动方法，其特征在于，所述步骤S7和步骤S13中的并网逆变器的逆变相电压和市电相电压具有相同相位和频率由锁相成功后产生的与市电同频同相的虚拟坐标得到。
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2020
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