CN114204522B - 逆变器直流母线的保护方法、保护系统及空调 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器直流母线的保护方法、保护系统及空调，所述保护方法包括：实时检测逆变器直流母线的输出电压；在上电阶段时，根据所述输出电压判断所述逆变器直流母线是否处于稳定状态，并于逆变器直流母线处于稳定状态时，开启保护机制；在正常阶段时，根据所述输出电压判断所述逆变器直流母线是否处于突变状态，并于逆变器直流母线处于突变状态时，触发保护机制。与现有技术相比，本发明能够在上电阶段避免电压波动引起的保护机制误判，并在正常阶段电压出现突变时中止逆变器运行，提高了逆变器的工作安全性。

Description

逆变器直流母线的保护方法、保护系统及空调

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，特别是一种逆变器直流母线的保护方法、保护系统及空调。

背景技术

逆变器的应用如今已经扩展到国民经济的各个方面当中，逆变技术在可再生能源开发和利用领域占据着举足轻重的地位。逆变器在光伏发电系统中是非常重要的能量转换及控制中枢，而直流母线电压与逆变器息息相关，如果逆变器的直流母线电压异常会导致逆变器的寿命变短，严重甚至影响光伏发电系统的正常运行。

因此，如何设计一种逆变器直流母线的保护方法、保护系统及空调，避免逆变器直流母线的输出电压异常时对逆变器造成的影响，是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中，逆变器的直流母线电压异常会导致逆变器的寿命变短，影响光伏系统正常运行的问题，本发明提出了一种逆变器直流母线的保护方法、保护系统及空调。

本发明的技术方案为，提出了一种逆变器直流母线的保护方法，其包括：实时检测逆变器直流母线的输出电压；

在上电阶段时，根据所述输出电压判断所述逆变器直流母线是否处于稳定状态，并于逆变器直流母线处于稳定状态时，开启保护机制；

在正常阶段时，根据所述输出电压判断所述逆变器直流母线是否处于突变状态，并于逆变器直流母线处于突变状态时，触发保护机制。

进一步，根据所述输出电压判断逆变器直流母线是否处于稳定状态，包括：

依次比较多个连续采样点的输出电压；

若任意连续采样点均不满足前一采样点的输出电压大于等于下限阈值、下限阈值大于后一采样点的输出电压，且输出电压高于下限阈值的采样点数量大于第一阈值，则判定所述逆变器处于稳定状态。

进一步，根据所述输出电压判断所述逆变器直流母线是否处于突变状态，包括：

依次比较多个连续采样点的输出电压；

若存在多个连续采样点的输出电压连续上升或连续下降，则判定逆变器直流母线处于突变状态。

进一步，所述突变状态包括升压突变状态和降压突变状态，在突变状态的检测之前，还需要判断所述输出电压处于升压状态还是降压状态，其包括：

根据多个连续采样点的输出电压计算采样点的斜率；

若斜率大于零，则判定所述输出电压处于升压状态；

若斜率小于零，则判定所述输出电压处于降压状态。

进一步，所述升压突变状态的检测包括：

当判定所述输出电压处于升压状态时，检测输出电压高于上限阈值的采样点数量是否大于第二阈值，若是，则判定逆变器直流母线处于升压突变状态。

进一步，所述降压突变状态的检测包括：

当判定所述输出电压处于降压状态时，检测输出电压低于下限阈值的采样点数量是否大于第三阈值，若是，则判定逆变器直流母线处于降压突变状态。

进一步，当所述保护机制触发时，所述保护机制中断逆变器的PWM信号输入，并关断逆变器。

本发明还提出了一种逆变器直流母线的保护系统，其包括：

直流母线电压检测电路，用于实时检测逆变器直流母线的输出电压；

MCU控制模块，用于接收所述直流母线电压检测电路采样的输出电压，并根据输出电压的采样值控制保护机制的开启以及触发。

进一步，还包括：设于逆变器直流母线输出端的滤波电容，所述滤波电容的输出端与逆变器连接，所述直流母线电压检测电路连接于所述滤波电容与逆变器之间。

本发明还提出了一种空调，其包括逆变器，所述逆变器采用上述逆变器直流母线的保护方法对其直流母线进行保护。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

在上电阶段时，通过检测逆变器直流母线的输出电压是否稳定，判断是否开启保护机制，避免了上电阶段时因电压波动导致保护机制误判的问题；在正常阶段时，通过检测逆变器直流母线的输出电压，判断逆变器直流母线是否发生电压突变，并在电压突变时触发保护机制，关断逆变器，避免了逆变器直流母线异常对逆变器造成的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为逆变器直流母线的保护系统的原理图；

图2为上电阶段时，保护机制启动的判定逻辑图；

图3为正常阶段时，保护机制触发的判定逻辑图；

图4为保护机制控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

逆变器直流母线的输出电压异常时会导致逆变器的寿命变短，甚至影响整个光伏发电系统的正常运行，本发明的思路在于，提出一种逆变器直流母线的保护方法、保护系统及空调，其能够通过检测逆变器直流母线的输出电压，判断逆变器直流母线是否发生电压突变，并在电压突变时触发保护机制关断逆变器，避免电压突变对逆变器的影响。

本发明提出的逆变器直流母线的保护方法包括：

实时检测逆变器直流母线的输出电压；

在上电阶段时，根据输出电压判断逆变器直流母线是否处于稳定状态，并于逆变器直流母线处于稳定状态时，开启保护机制；

在正常阶段时，根据输出电压判断逆变器直流母线是否处于突变状态，并于逆变器直流母线处于突变状态时，触发保护机制。

其中，根据输出电压判断逆变器直流母线是否处于稳定状态，包括：

依次比较多个连续采样点的输出电压；

若任意连续采样点均不满足前一采样点的输出电压大于等于下限阈值、下限阈值大于后一采样点的输出电压，且输出电压高于下限阈值的采样点数量大于第一阈值，则判定所述逆变器处于稳定状态。

具体的，在上电阶段，由于滤波电容的存在，逆变器直流母线的输出电压是从极短的时间内从零升高至系统正常运行，在此过程中，MCU控制模块在接收直流母线电压检测电路检测的电压数据时，容易将上电过程中的电压误判，判定为电压突变状态，因此，本发明的保护机制在逆变器直流母线的输出电压处于稳定状态时开启，故在上电阶段需要进行输出电压是否处于稳定状态的检测。

请参见图2，其为上电阶段时保护机制启动的判定逻辑图，其通过直流母线电压检测电路对逆变器直流母线的输出电压进行检测，当存在某一采样点的输出电压大于下限阈值时，表明系统开始上电，并进入稳定状态的检测，其包括两个检测逻辑框，分别为：“前一采样点的输出电压≥下限阈值＞后一采样点的输出电压”和“前一采样点电压≤下限阈值＜后一采样点电压”两个判断逻辑框，其中，“前一采样点的输出电压≥下限阈值＞后一采样点的输出电压”用于判断逆变器直流母线的输出电压是否向下越过了下限阈值，“前一采样点电压≤下限阈值＜后一采样点电压”用于判断逆变器直流母线的输出电压是否向上越过了下限阈值，当逆变器直流母线的输出电压同时满足两个判断框时，表明逆变器直流母线的输出电压处于电压波动状态，其既存在电压上升阶段，也存在电压下降阶段，为避免保护机制的误判，该情况下不启动保护机制。只有当直流母线电压检测电路采集的全部输出电压的采样点均不满足“前一采样点的输出电压≥下限阈值＞后一采样点的输出电压”时，才会进入下一步输出电压是否稳定的判断，即判断框“前一采样点的输出电压≥下限阈值＞后一采样点的输出电压”为否时进入输出电压是否稳定的下一步判断。

当判断框“前一采样点的输出电压≥下限阈值＞后一采样点的输出电压”为否时，进一步检测输出电压高于下限阈值的采样点数量是否大于第一阈值，只有当输出电压高于下限阈值的采样点数量大于第一阈值时，才会判定为逆变器直流母线处于稳定状态，启动保护机制，反之则认定其仍处于上电阶段，不启动保护机制。

请参见图3，根据输出电压判断逆变器直流母线是否处于突变状态，包括：

依次比较多个连续采样点的输出电压；

若存在多个连续采样点的输出电压连续上升或连续下降，则判定逆变器直流母线处于突变状态。

进一步的，突变状态包括有升压突变状态和降压突变状态，在突变状态的检测之间，还需要判断逆变器直流母线的输出电压处于升压状态还是降压状态，以便于进一步检测输出电压是否处于升压突变状态还是降压突变状态，其升压状态和降压状态的检测包括：

根据多个连续采样点的输出电压计算采样点的斜率；

若斜率大于零，则判定输出电压处于升压状态；

若斜率小于零，则判定输出电压处于降压状态。

本发明通过记录多个采样点的输出电压，并对其绘图，可以得出输出电压随时间的变化曲线，通过计算该曲线的斜率，来判定输出电压处于升压状态还是降压状态，当斜率大于0时，表明输出电压随着时间增长逐渐升高，输出电压处于升压状态，当斜率小于0时，表明输出电压随着时间增长逐渐降低，输出电压处于降压状态。但仅通过斜率的检测并不能直接确定逆变器直流母线是否处于升压突变状态和降压突变状态，若输出电压在安全电压范围内进行升压或降压，并不能认定逆变器直流母线发生电压突变。因此，电压突变的检测还需要判定输出电压低于下限阈值高于上限阈值的个数。

具体的，升压突变状态的检测包括：

当判定输出电压处于升压状态时，检测输出电压高于上限阈值的采样点数量是否大于第二阈值，若是，则判定逆变器直流母线处于升压突变状态。

降压突变状态的检测包括：

当判定输出电压处于降压状态时，检测输出电压低于下限阈值的采样点数量是否大于第三阈值，若是，则判定逆变器直流母线处于降压突变状态。

通过检测输出电压高于上限阈值的采样点数量、输出电压低于下限阈值的采样点数量，进一步判断逆变器直流母线处于升压状态还是降压状态，能够大大提高检测的准确性，避免误判情况的发生。此外，第二阈值和第三阈值的设定还用于避免逆变器直流母线受到干扰时出现电压尖峰波动造成的影响，若不设定第二阈值和第三阈值，在该电压尖峰处容易出现误判。

在本发明其他实施例中，还可以通过斜率来判断逆变器直流母线处于升压突变状态或降压突变状态，其可以设定斜率的第四阈值和第五阈值，其中，第四阈值大于0，第五阈值小于0，且第四阈值和第五阈值斜率的绝对值较大，表明输出电压的变化速率较快，当斜率高于第四阈值时，可以认定逆变器直流母线处于升压突变状态，当斜率低于第五阈值时，可以认定逆变器直流母线处于降压突变状态。

请参见图4，其为保护机制的控制流程图，在上电阶段时，先通过电压检测判断逆变器直流母线是否处于稳定状态，并在稳定状态下启动保护机制，然后进入正常工作状态，并进行突变状态的检测，其包括升压突变状态和降压突变状态的检测，其通过输出电压采样点的斜率确定，当斜率大于零，且输出电压高于上限阈值的数量大于第二阈值时，认定为升压突变状态，当斜率小于零，且输出电压低于下限阈值的数量大于第三阈值时，认定为降压突变状态，在升压突变状态和降压突变状态下，触发保护机制。其中，保护机制触发时，保护机制中断逆变器的PWM信号输入，并关断逆变器。

需要指出的是，本发明中的上限阈值、下限阈值根据逆变器的工作电压设置，其上限阈值可以设定为逆变器的最大工作电压，下限阈值可以设定为逆变器的最小工作电压，正常工作时，逆变器的工作电压处于上限阈值与下限阈值之间，第一阈值、第二阈值和第三阈值根据检测的实际需求设置，每次输出电压采集的时间间隔设置为尽可能小，可以提高检测精度。

请参见图1，本发明还提出了一种逆变器直流母线的保护系统，其包括：

直流母线电压检测电路，用于实时检测逆变器直流母线的输出电压；

MCU控制模块，用于接收所述直流母线电压检测电路采样的输出电压，并根据输出电压的采样值控制保护机制的开启以及触发。

在逆变器直流母线（光伏电池列阵）的输出端设有滤波电容，滤波电容的输出端与逆变器连接，直流母线电压检测电路连接于滤波电容与逆变器之间，用于实时采集逆变器直流母线的输出电压。

本发明还提出了一种空调，其包括逆变器，逆变器采用光伏电池列阵供电，其中，逆变器采用上述逆变器直流母线的保护方法对其直流母线进行保护。

与现有技术相比，本发明能在在上电阶段时，通过检测逆变器直流母线的输出电压是否稳定，判断是否开启保护机制，避免了上电阶段时因电压波动导致保护机制误判的问题；在正常阶段时，通过检测逆变器直流母线的输出电压，判断逆变器直流母线是否发生电压突变，并在电压突变时触发保护机制，关断逆变器，避免了逆变器直流母线异常对逆变器造成的影响。

上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.逆变器直流母线的保护方法，其特征在于，包括：

实时检测逆变器直流母线的输出电压；

在上电阶段时，根据所述输出电压判断所述逆变器直流母线是否处于稳定状态，并于逆变器直流母线处于稳定状态时，开启保护机制；

在正常阶段时，根据所述输出电压判断所述逆变器直流母线是否处于突变状态，并于逆变器直流母线处于突变状态时，触发保护机制；

根据所述输出电压判断逆变器直流母线是否处于稳定状态，包括：

依次比较多个连续采样点的输出电压；

若任意连续采样点均不满足前一采样点的输出电压大于等于下限阈值、下限阈值大于后一采样点的输出电压，且输出电压高于下限阈值的采样点数量大于第一阈值，则判定所述逆变器处于稳定状态；

所述突变状态包括升压突变状态和降压突变状态，在突变状态的检测之前，还需要判断所述输出电压处于升压状态还是降压状态，其包括：

根据多个连续采样点的输出电压计算采样点的斜率；

若斜率大于零，则判定所述输出电压处于升压状态；

若斜率小于零，则判定所述输出电压处于降压状态；

所述升压突变状态的检测包括：

当判定所述输出电压处于升压状态时，检测输出电压高于上限阈值的采样点数量是否大于第二阈值，若是，则判定逆变器直流母线处于升压突变状态；

所述降压突变状态的检测包括：

当判定所述输出电压处于降压状态时，检测输出电压低于下限阈值的采样点

数量是否大于第三阈值，若是，则判定逆变器直流母线处于降压突变状态。

2.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于，根据所述输出电压判断所述逆变器直流母线是否处于突变状态，包括：

依次比较多个连续采样点的输出电压；

若存在多个连续采样点的输出电压连续上升或连续下降，则判定逆变器直流

母线处于突变状态。

3.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于，当所述保护机制触发时，所述保护机制中断逆变器的PWM信号输入，并关断逆变器。

4.逆变器直流母线的保护系统，其特征在于，所述逆变器直流母线的保护系统采用如权利要求1至3任意一项权利要求所述的逆变器直流母线的保护方法对其直流母线进行保护，所述逆变器直流母线的保护系统包括：

直流母线电压检测电路，用于实时检测逆变器直流母线的输出电压；

MCU控制模块，用于接收所述直流母线电压检测电路采样的输出电压，并根据输出电压的采样值控制保护机制的开启以及触发。

5.根据权利要求4所述的保护系统，其特征在于，还包括：设于逆变器直流母线输出端的滤波电容，所述滤波电容的输出端与逆变器连接，所述直流母线电压检测电路连接于所述滤波电容与逆变器之间。

6.空调，包括逆变器，其特征在于，所述逆变器采用如权利要求1至3任意一项权利要求所述的逆变器直流母线的保护方法对其直流母线进行保护。