CN116154740B - 微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路及方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路及方法、系统，以对配置在微型光伏逆变器的输入侧的电解电容在极端低温的光伏组件开路条件下产生的过高的开路电压提供保护，防止因过电压的出现而损坏电解电容，提高了电解电容的寿命。另外，由于配置了过电压保护机制，电解电容的额定电压可以偏离极端低温条件下的光伏组件开路电压VOC进行选型，因此而降低了电解电容的使用成本和体积。

Description

微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路及方法、系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路及方法、系统。

背景技术

用于太阳能光伏发电系统的逆变器，如微型光伏逆变器（简称微逆），其具有体积小、安装方便、具有独立MPPT最大功率点跟踪等特点被广泛应用。微型光伏逆变器通常采用单相并网方式，其并网瞬时功率不是恒定的，含有二倍工频的交流分量，如对该功率不进行处理，将会造成PV输入端电压、电流含有较大低频脉动，影响其MPPT效果和整体效率。电解电容因其安装简单、成本低等优点，常被用来实现脉动功率解耦，通常的解耦方法是在单相微型光伏逆变器的输入侧并联一个容量和体积都很大的电解电容。

配置在输入侧的电解电容的额定电压，是指它的耐压，具体指电解电容器能够承受的最大工作电压，必须大于工作电压。但电解电容耐压能力不能选太高，一方面耐压值高了，电解电容体积通常更大，价格更贵，另外电解电容若长期工作在电压条件下，其损害会逐步增大，电容量逐步变小，工作状态下降，会减少其使用寿命。电解电容额定电压的选型由接入微型光伏逆变器的光伏组件确定。光伏组件特性决定了组件在其最大功率点的组件输出电压即最大功率点电压Vmpp，以及光伏组件正负极断开状态下的开路电压VOC，Vmpp与VOC都跟光伏组件的工作温度与太阳辐照度密切相关。

由于微型光伏逆变器能够对接入其的光伏组件进行最大功率跟踪，光伏组件的输出电压通常是在其跟踪的最大功率点处，然而按照其最大功率点电压Vmpp进行电解电容额定电压选型时，又会偏离光伏组件的开路电压，特别是光伏组件的开路电压VOC通常是其最大功率点电压Vmpp的1.2倍时，按照Vmpp选型的电解电容会出现过电压的情况，但若按照VOC对电解电容选择更高的额定电压，虽解决了可能出现过电压的问题，但造成了输入侧的电解电容因额定电压选的过高，成本与体积增大的问题。

发明内容

本发明提供了一种微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路及方法、系统，以对配置在微型光伏逆变器的输入侧的电解电容在极端低温的光伏组件开路条件下产生的过高的开路电压提供保护，防止因过电压的出现而损坏电解电容，提高了电解电容的寿命。另外，由于配置了过电压保护机制，电解电容的额定电压可以偏离极端低温条件下的光伏组件开路电压VOC进行选型，因此而降低了电解电容的使用成本和体积。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路，所述过电压保护电路与微型光伏逆变器的输入电容、接入所述微型光伏逆变器的光伏发电单元的正负极分别并联在一起，形成共正极与共负极的直流母线，所述过电压保护电路包括过电压保护控制电路和功率吸收电路，所述功率吸收电路并联在所述直流母线的共正极与共负极之间，所述功率吸收电路用于在所述直流母线上两极之间的直流母线电压大于等于母线电压第一阈值时吸收所述光伏发电单元输出到所述直流母线上的功率，并且当所述直流母线电压低于所述母线电压第一阈值时，停止吸收所述光伏发电单元输出到所述直流母线上的功率；

所述过电压保护控制电路与所述功率吸收电路电连接，用于根据所述直流母线上两极之间的所述直流母线电压的电压值控制所述功率吸收电路的导通或关断。

作为优选，所述过电压保护电路中的所述功率吸收电路包括功率消耗器件和与所述功率消耗器件串联的开关器件，所述开关器件的开关信号输入端连接所述过电压保护控制电路的开关信号输出端，用于根据所述过电压保护控制电路输出的开关信号执行闭合或断开动作，当所述开关器件闭合时，所述功率吸收电路在所述直流母线的两极之间形成通路，所述功率消耗器件因此而开始消耗所述光伏发电单元输出到所述直流母线的功率，当所述开关器件断开时，所述功率吸收电路在所述直流母线的两极之间断路，所述功率消耗器件因此而停止消耗所述光伏发电单元输出到所述直流母线的功率。

作为优选，所述功率消耗器件为电阻R3。

作为优选，所述开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT。

作为优选，所述开关器件为MOS管Q，所述MOS管Q的栅极作为所述功率吸收电路的所述开关信号输入端，源极连接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接在所述直流母线的共正极上；所述MOS管Q的漏极连接在所述直流母线的共负极上。

作为优选，所述过电压保护电路中的所述过电压保护控制电路包括分压电路和稳压电路，所述分压电路包括相互串联的第一分压器件、第二分压器件电阻R1、R2，所述第一分压器件的一端连接所述直流母线的共正极，所述第二分压器件的一端连接所述直流母线的共负极，所述分压电路用于对所述直流母线正负极之间的所述直流母线电压进行分压，输出直流分压；

所述稳压电路包括二极管D、电容C1，所述二极管D并接在所述第二分压器件的两端，且所述二极管D的正极作为所述过电压保护控制电路的开关信号输出端连接所述功率吸收电路的开关信号输入端；所述电容C1并接在所述二极管D的两端。

本发明还提供了一种微型光伏逆变器输入电容的过电压保护方法，通过所述的过电压保护电路实现，所述功率吸收电路采用两段式功率吸收保护输入电容方法对所述光伏发电单元输出电能进行功率吸收以对所述母线电压进行限制保护所述微型光伏逆变器的输入电容，两段式功率吸收保护输入电容方法包括：第一段方法采用恒压限流的功率吸收方法，第二段方法采用恒流限压的功率吸收方法；由所述保护电路根据由母线电压第一阈值与所述功率消耗器件电阻值共同确定的吸收电流阈值区分所述功率吸收电路采用两段式方法中的哪一段运行，若当所述光伏发电单元输出工作电压在母线电压第一阈值，输出工作电流小于所述吸收电流阈值时，则所述功率吸收电路采用第一段方法即采用恒压限流的功率吸收方法；若当所述光伏发电单元输出工作电压在母线电压第一阈值，输出工作电流大于等于所述吸收电流阈值时，则所述功率吸收电路采用第二段方法即采用恒流限压的功率吸收方法。

作为优选，当所述过电压保护控制电路检测到所述直流母线电压上升到所述母线电压第一阈值时，所述过电压保护控制电路控制所述开关器件导通，所述光伏发电单元产生的电能流过所述功率消耗器件电阻，若在所述光伏发电单元输出工作电压在母线电压第一阈值时，输出工作电流小于所述吸收电流阈值时，所述功率吸收电路运行在恒压限流工作模式，所述开关器件被间歇导通，维持所述母线电压在母线电压第一阈值；当所述光伏发电单元输出工作电压在母线电压第一阈值，输出工作电流大于等于所述吸收电流阈值时，所述功率吸收电路运行在恒流限压工作模式，所述开关器件被持续导通，所述母线电压上升到母线电压第一阈值以上，流过所述功率消耗器件的电流被维持在邻近所述吸收电流阈值，由于光伏发电单元以所述吸收电流阈值输出工作电流，所述光伏发电单元的输出电压上升到能够提供所述吸收电流阈值的工作电流的母线电压第二阈值，所述母线电压第二阈值小于此时所述光伏发电单元的开路电压及所述输入电容额定工作电压的母线电压。

本发明还提供了一种太阳能发电系统，包括至少一个太阳能电池板构成的光伏发电单元、微型光伏逆变器以及挂接在所述微型光伏逆变器输出端的负载，其中所述微型光伏逆变器包括所述的微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的过电压保护电路成本低，简单可靠的实现了对微型光伏逆变器的输入电容的保护，避免了在极端低温的光伏组件开路条件下由于过高的开路电压引起输入电容的损坏，且能够选择合理的电解电容额定电压值，降低了电解电容的使用成本及配置有电解电容的设备体积；

（2）通过微型光伏逆变器的过电压保护电路对输入电容进行过电压保护，输入电容的选型更为合理，光伏发电单元的STC(标准测试条件下)额定工作电压与输入电容的额定电压比更为合理，避免输入电容长期工作在低压条件下，减少电容损耗，延长了输入电容的使用寿命；

（3）提供的过电压保护方法为两段式的功率吸收方法，在极端低温及低太阳辐照时，光伏发电单元输出工作电压在第一阈值时，输出工作电流小于吸收电流阈值，功率吸收电路运行在恒压限流工作模式，维持母线电压在第一阈值；在极端低温及中高太阳辐照时，输出工作电流大于等于吸收电流阈值，功率吸收电路运行在恒流限压工作模式，母线电压上升到第一阈值以上，流过功率消耗器件电流被维持在吸收电流阈值附近，由于光伏发电单元以吸收电路阈值输出电流，防止了光伏发电单元的输出电压上升到开路电压，限制其输出电压仍在电容额定电压范围内，以起到对输入电容的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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是配置有过电压保护电路的微型光伏逆变器接入光伏发电单元后的结构示意图；

图2是过电压保护电路配置在微型光伏逆变器中的架构图；

图3是配置有过电压保护电路的微型光伏逆变器的内部具体结构示意图；

图4是光伏发电单元在不同工况下的P-V曲线及母线电压阈值点的示意图；

图5是过电压保护电路运行在恒压限流工作模式下的母线电压-时间关系图；

图6是过电压保护电路运行在恒压限流及恒流限压工作模式下的母线电压-时间关系图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2所示，本发明实施例提供的过电压保护电路与微型光伏逆变器的输入电容、接入微型光伏逆变器的光伏发电单元的正负极分别并联在一起，形成共正极与共负极的直流母线。过电压保护电路包括过电压保护控制电路和功率吸收电路，功率吸收电路并联在直流母线的共正极与共负极之间，功率吸收电路用于在直流母线上两极之间的直流母线电压大于等于母线电压第一阈值时吸收光伏发电单元输出到直流母线上的功率，并且当直流母线电压低于母线电压第一阈值时，停止吸收光伏发电单元输出到直流母线上的功率；

过电压保护控制电路与功率吸收电路电连接，用于根据直流母线上两极之间的直流母线电压的电压值控制功率吸收电路的导通或关断。

图1和图3示出了过电压保护电路的具体电路结构。如图1和图3所示，过电压保护电路中的功率吸收电路包括功率消耗器件1和与功率消耗器件1串联的开关器件2，开关器件2的开关信号输入端连接过电压保护控制电路的开关信号输出端，用于根据过电压保护控制电路输出的开关信号执行闭合或断开动作，当开关器件2闭合时，功率吸收电路在直流母线的两极之间形成通路，功率消耗器件1因此而开始消耗（吸收）光伏发电单元输出到直流母线的功率，当开关器件2断开时，功率吸收电路在直流母线的两极之间断路，功率消耗器件1因此而停止消耗光伏发电单元输出到直流母线的功率。

作为优选，功率消耗器件1采用如图1或3中的电阻R3，开关器件2采用MOS管Q，MOS管Q的栅极作为功率吸收电路的开关信号输入端，源极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接在直流母线的共正极上；MOS管Q的漏极连接在直流母线的共负极上。

过电压保护电路中的过电压保护控制电路包括分压电路和稳压电路，如图1或3所示，分压电路包括相互串联的电阻R1、R2，电阻R1的一端连接直流母线的共正极，电阻R2的一端连接直流母线的共负极，分压电路用于对直流母线正负极之间的直流母线电压进行分压，输出直流分压；稳压电路则由二极管D、电容C1构成，二极管D并接在电阻R2的两端，且二极管D的正极作为过电压保护控制电路的开关信号输出端连接MOS管Q的栅极；电容C1并接在二极管D的两端。稳压电路的作用是提取电阻R1、R2构成的分压电路的分压值并稳定电路性能。当过电压保护控制电路检测到直流母线电压上升到母线电压第一阈值时，过电压保护控制电路控制功率吸收电路中的开关器件即MOS管Q导通，光伏发电单元产生的电能因此而流过功率消耗器件即电阻R3，电阻R3开始吸收光伏发电单元输出到直流母线上的功率；当过电压保护控制电路检测到直流母线电压低于母线电压第一阈值时，过电压保护控制电路控制关断MOS管Q，此时功率消耗器件R3不再吸收直流母线上的功率。

通常光伏组件的工作温度会随着照射在光伏组件上的太阳辐照上升而升高，因此通常运行在极端低温下的光伏组件，照射在光伏组件上的太阳辐照相对也会较低，而且太阳辐照上升后，光伏组件的输出功率高于一定值时，微型光伏逆变器就会启动向交流电网输出功率，同时会对光伏组件进行最大功率跟踪，光伏组件会解除开路状态，光伏组件的输出电压就会降低。

如图4所示，微型光伏逆变器正常工作时，在极端低温低辐照工况下，光伏发电单元输出的工作电压在第一阈值（母线电压第一阈值）时，输出工作电流都会小于吸收电流阈值对应的光伏发电单元的输出功率（指功率吸收电路的在进入恒流限压模式时候对应的光伏输出功率，就是第一阈值电压*恒流电路值 对应的功率），此工况下，功率吸收电路运行在恒压限流模式下，以维持母线电压在第一阈值，过电压保护电路很好地实现了对图1或3中所示的微型光伏逆变器的输入电解电容C的保护。

请继续参照图4，在极端低温中高辐照工况下，若微型光伏逆变器发生故障，而且太阳辐照上升后，太阳辐照高于一定值比如200 W/m²，微型光伏逆变器由于故障而未能启动向交流电网输出功率，光伏发电单元仍然处于开路状态。光伏发电单元输出的工作电压达到母线电压第一阈值时，输出的工作电流会大于等于吸收电流阈值对应的光伏发电单元的输出功率，此时功率吸收电路将运行在恒流限压工作模式，此时虽然母线电压上升到第一阈值以上，但由于上升幅度很小，因此流过功率消耗器件的电流被维持在吸收电流阈值附近，因此本发明可以限制光伏组件的最大输出电压只能达到其能提供吸收电流阈值的工作电流的母线电压第二阈值的输出电压，而不再能上升到开路电压（输出电流为0A）时候的光伏组件输出电压（进入恒流限压模式后，由于光伏组件需要提供一定的电流（恒定电流），使光伏组件无法再进入开路条件，也就是限制了光伏组件的输出电压，低于开路电压的输出电压），该母线电压第二阈值小于此时光伏发电单元的开路电压及电解电容C的额定工作电压。

具体而言，图5示出了过电压保护电路工作在恒压限流工作模式下时直流母线电压与时间的关系图。当在极端低温低辐照工况下，微型光伏逆变器因低温未能启动，导致接入微型光伏逆变器的光伏发电单元处于开路状态时，过电压保护电路通过工作在恒压限流模式以保护输入电容的原理如下：

在极端低温低辐照工况下，若微型光伏逆变器未能启动，光伏发电单元处于开路状态，当光伏发电单元在图5中所示的t0时间输出的工作电压即直流母线电压达到母线电压第一阈值时，功率吸收电路的开关器件即图1或图3中所示的MOS管Q在过电压保护控制电路的控制下被间歇导通。间歇导通的方法具体为：如图5所示，t0-t1时间内，因直流母线电压达到母线电压第一阈值，功率吸收电路中的开关器件导通，图1或图3中所示的功率吸收电路中的功率消耗器件1因开关器件2导通而开始吸收光伏发电单元输出的电能，母线电容（即图1或图3中的输入电容C）放电，母线电压下降。

而在t1-t2时间，因直流母线电压未能达到母线电压第一阈值，功率吸收电路中的开关器件关断，光伏发电单元向母线电容充电，母线电压上升，上升达到母线电压第一阈值时，开关器件又被导通，因此而实现了在极端低温低辐照工况下通过对开关器件的间歇导通控制形式将保护电路控制在恒压限流工作模式，维持母线电压始终处于第一阈值附近，实现了对微型光伏逆变器的输入电容C（电解电容）的保护。

当在极端低温中高辐照工况下，微型光伏逆变器因故障未能启动向交流电网输出功率，导致接入微型光伏逆变器的光伏发电单元处于开路状态时，过电压保护电路通过工作在恒流限压模式以保护输入电容的原理如下：

在极端低温中高辐照工况下，若光伏发电单元因微型光伏逆变器因故障未能启动而处于开路状态，太阳的持续中高辐照使得光伏发电单元输出的工作电压达到母线电压第一阈值时，过电压保护电路中的功率吸收电路中的开关器件在过电压保护控制电路的控制下被导通，功率吸收电路因此而通路，功率吸收电路中的功率消耗器件因此而开始吸收光伏发电单元输出的电能，输入电容因此而放电，并通过对功率消耗器件的合理选型，使得维持直流母线电压电压始终处于母线电压第二阈值以下。例如，图6中所示的tn-tn+1时间段，直流母线电压始终高于第一阈值，此时通过功率消耗器件的功率吸收，在该时段内，直流母线电压始终被维持在母线电压第二阈值以下。

这里需要说明的是，将母线电压始终维持在第二阈值以下，功率消耗器件的选型至关重要，为了达到该目的，本发明选用如图1或图3中所示的电阻R3作为功率消耗器件，且选定电阻R3的阻值为60欧姆。

另外说明的是，过电压保护控制电路控制功率吸收电路中的开关器件的导通与关断的原理为：

如图1所示，过电压保护电路的控制电路对所述光伏发电单元的输出电压（直流母线电压）进行分压控制，R2与稳压二极管D分压使得Q的栅极电压达到某一预设值(对应与所述第一阈值)时，MOS管Q的漏极与源极接通，光伏发电单元产生的电能因此而流过功率消耗器件即电阻R3，电阻R3开始吸收光伏发电单元输出到直流母线上的功率；在MOS管Q导通时，输入电容亦通过功率吸收电路放电，输入电容端电压及直流母线电压会降低，控制电路R2分压降低，电容C1亦会通过电阻R2放电，而使得MOS管Q的栅极电压下降到一预设值(对应与所述第一阈值)时，MOS管Q的漏极与源极关断，此时功率消耗器件R3不再吸收直流母线上的功率，光伏发电单元亦会通过直流母线向输入电容C充电，输入电容端电压及直流母线电压会上升，控制电路R2稳压二极管D分压上升，再重复上述过程。上述过程若光伏发电单元的输出工作电流小于所述吸收电流阈值时，所述功率吸收电路运行在恒压限流工作模式，所述开关器件被间歇导通，维持所述母线电压在第一阈值。

当输出工作电流大于等于所述吸收电流阈值时，功率吸收电路上电阻R3两端电压会超过母线电压的第一阈值，此时R2与稳压二极管D分压使得Q的栅极电压维持在某一预设值(对应与所述第一阈值)，稳压二极管D作用是稳定电路使R2与稳压二极管D分压不超过MOS管Q，所述开关器件被持续导通，流过所述功率消耗器件电流被维持在所述吸收电流阈值附近，所述光伏发电单元的输出电压上升到能够提供所述吸收电流阈值的工作电流的母线电压第二阈值，所述母线电压第二阈值小于此时所述光伏发电单元的开路电压及所述输入电容额定工作电压的母线电压，所述功率吸收电路运行在恒流限压工作模式。

以下以SUPOM410W光伏组件为例，对本发明实施例提供的过电压保护电路保护配置在微型光伏逆变器输入侧的输入电容的原理作进一步说明：

SUPOM410W光伏组件STC（STC指光伏组件的标准测试条件，太阳辐照：1000W/㎡；工作温度：25℃；太阳光谱：AM1、5标准光谱）输出功率410Wp，其是由80片210规格PREC太阳电池片串联而成。

光伏组件开路电压温度系数：-0.25%/°C；光伏组件额定工作温度（NOCT）45°C 。

如上表a所示，SUPOM410W光伏组件在1000W/m²标准太阳辐照下，光伏组件工作温度在-30°C时，光伏组件最大工作点电压为53.91V，若微型光伏逆变器的选用63V额定电压的输入电解电容（即图1或图3中的输入电容C），63V额定电压的电解电容能够承受光伏组件在-30°C极端低温的工作耐压，且仍然有一定余量。然而-30°C时光伏组件的开路电压为63.87V,是额定工作电压的1.2倍，此时光伏组件的开路电压已经超过了63V额定电压的电解电容的工作耐压，现有技术为了避免在极端低温条件过高的光伏组件开路电压对输入电解电容的损坏，通常做法是选型额定电压等级规格更高一级的电解电容：比如80V额定电压的电解电容，以满足光伏组件在极端低温条件下开路电压需求。80V额定电压的电解电容相对于60V额定电压的电解电容有更大的体积及更高的成本，而且在光伏组件通常运行的额定工作温度45°C下，其额定电压/电容额定电压=44.25V/80V=55.3%，因此若选型80V额定电压的电解电容，微型光伏逆变器在一年中很多时间会在低电压条件下运行，而若选择63V额定电压的电容，其运行光伏组件在45°C条件下额定电压/电容额定电压=44.25V/63V=70.2%，此时微型光伏逆变器的输入电容工作状态更好，损耗会更小，具有更长的使用寿命。

为了解决上述问题，本发明提供了一种微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路，该保护电路包括功率吸收电路与过电压保护控制电路，过电压保护控制电路用于在直流母线电压大于等于母线电压第一阈值后吸收光伏发电单元输出到直流母线上的功率。功率吸收方法为两段式，极端低温及低太阳辐照时，光伏发电单元输出工作电压在第一阈值时，输出工作电流小于吸收电流阈值，功率吸收电路运行在恒压限流工作模式，维持母线电压在第一阈值；极端低温及中高太阳辐照时，光伏发电单元输出工作电压在第一阈值以上时，输出工作电流大于等于吸收电流阈值，功率吸收电路运行在恒流限压工作模式，母线电压上升到第一阈值以上，流过功率消耗器件电流被维持在吸收电流阈值附近，由于光伏发电单元以吸收电流阈值输出电流，防止了光伏发电单元的输出电压上升到开路电压，限制其输出电压仍在电容额定电压范围内。

示例SUPOM410W光伏组件接入拥有本案的微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路中。示例微型光伏逆变器输入电容的过电压保护电路的母线电压第一阈值为60V, 功率消耗器件的选型采用60Ω的功率电阻，根据母线电压第一阈值为60V与60Ω的功率电阻计算，该保护电路的吸收电流阈值为：60V/60Ω=1A。通常光伏组件的工作温度会随着照射在光伏组件上的太阳辐照上升而升高，因此通常运行在极端低温下的光伏组件，照射在光伏组件上的太阳辐照也会比较低，而且太阳辐照上升后，太阳辐照高于一定值时，比如50W/m²，微型光伏逆变器就会启动向交流电网输出功率，微型光伏逆变器会对光伏组件进行最大功率跟踪，光伏组件会解除开路状态，光伏组件的输出电压就会降低。因此我们设置1A的该保护电路的吸收电流阈值，在微型光伏逆变器正常工作时，绝大部分工况下，光伏发电单元输出工作电压在第一阈值时，输出工作电流都会小于1A的吸收电流阈值，功率吸收电路的开关器件被间歇导通，功率吸收电路都会运行在恒压限流工作模式，维持母线电压在第一阈值，实现对微型光伏逆变器的输入电解电容的保护。

而若在极端条件下，光伏组件运行在极端的-30°C低温下，及中高太阳辐照时，而微型光伏逆变器由于故障无法向交流电网输出功率，此时接入微型光伏逆变器的光伏组件处于开路状态，在极端低温下，当太阳辐照增加到一定值后，光伏发电单元输出工作电压在60V的第一阈值以上时，输出工作电流大于等于1A的吸收电流阈值，此时光伏组件的输出功率高于60W,换算成其在最大工作点53.91V下的功率输出，此时太阳辐照需要在800W/m2以上，此时输入电容保护电路的功率吸收电路的开关器件被持续导通，功率吸收电路运行在恒流限压工作模式，虽然母线电压上升将到第一阈值以上，而由于上升幅度很小，因此流过功率消耗器件电流被维持在吸收电流阈值附近，因此60Ω的功率电阻的功率消耗器件上耗散的功率不会在恒流限压工作模式下大幅上升，维持在60W附近，不会因为功率吸收电路的开关器件被持续导通而被损坏，而且由于光伏发电单元以吸收电路阈值输出电流，防止了光伏组件的输出电压的继续上升到开路电压，这是因为光伏组件在开路时其提供输出电流是0A及0W输出功率,不足以维持功率吸收电路的开关器件的持续导通，因此本案可以限制光伏组件的最大输出电压只能达到其能提供1A的吸收电流阈值的工作电流的母线电压第二阈值61.1V，母线电压第二阈值小于此时光伏发电单元的开路电压及输入电容的63V额定工作电压。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (5)

1.一种微型光伏逆变器输入电容的过电压保护方法，通过过电压保护电路实现，其特征在于，所述过电压保护电路与微型光伏逆变器的输入电容、接入所述微型光伏逆变器的光伏发电单元的正负极分别并联在一起，形成共正极与共负极的直流母线，所述过电压保护电路包括过电压保护控制电路和功率吸收电路，所述功率吸收电路并联在所述直流母线的共正极与共负极之间，所述功率吸收电路用于在所述直流母线上两极之间的直流母线电压大于等于母线电压第一阈值时吸收所述光伏发电单元输出到所述直流母线上的功率，并且当所述直流母线电压低于所述母线电压第一阈值时，停止吸收所述光伏发电单元输出到所述直流母线上的功率；

所述过电压保护控制电路与所述功率吸收电路电连接，用于根据所述直流母线上两极之间的所述直流母线电压的电压值控制所述功率吸收电路的导通或关断；

所述过电压保护电路中的所述功率吸收电路包括功率消耗器件和与所述功率消耗器件串联的开关器件，所述开关器件的开关信号输入端连接所述过电压保护控制电路的开关信号输出端，用于根据所述过电压保护控制电路输出的开关信号执行闭合或断开动作，当所述开关器件闭合时，所述功率吸收电路在所述直流母线的两极之间形成通路，所述功率消耗器件因此而开始消耗所述光伏发电单元输出到所述直流母线的功率，当所述开关器件断开时，所述功率吸收电路在所述直流母线的两极之间断路，所述功率消耗器件因此而停止消耗所述光伏发电单元输出到所述直流母线的功率；

所述功率吸收电路采用两段式功率吸收保护输入电容方法对所述光伏发电单元输出电能进行功率吸收以对所述母线电压进行限制保护所述微型光伏逆变器的输入电容，两段式功率吸收保护输入电容方法包括：第一段方法采用恒压限流的功率吸收方法，第二段方法采用恒流限压的功率吸收方法；由所述保护电路根据由母线电压第一阈值与所述功率消耗器件电阻值共同确定的吸收电流阈值区分所述功率吸收电路采用两段式方法中的哪一段运行，若当所述光伏发电单元输出工作电压在母线电压第一阈值，输出工作电流小于所述吸收电流阈值时，则所述功率吸收电路采用第一段方法即采用恒压限流的功率吸收方法；若当所述光伏发电单元输出工作电压在母线电压第一阈值，输出工作电流大于等于所述吸收电流阈值时，则所述功率吸收电路采用第二段方法即采用恒流限压的功率吸收方法；当所述过电压保护控制电路检测到所述直流母线电压上升到所述母线电压第一阈值时，所述过电压保护控制电路控制所述开关器件导通，所述光伏发电单元产生的电能流过所述功率消耗器件电阻，若在所述光伏发电单元输出工作电压在母线电压第一阈值时，输出工作电流小于所述吸收电流阈值时，所述功率吸收电路运行在恒压限流工作模式，所述开关器件被间歇导通，维持所述母线电压在母线电压第一阈值；当所述光伏发电单元输出工作电压在母线电压第一阈值，输出工作电流大于等于所述吸收电流阈值时，所述功率吸收电路运行在恒流限压工作模式，所述开关器件被持续导通，所述母线电压上升到母线电压第一阈值以上，流过所述功率消耗器件的电流被维持在邻近所述吸收电流阈值，由于光伏发电单元以所述吸收电流阈值输出工作电流，所述光伏发电单元的输出电压上升到能够提供所述吸收电流阈值的工作电流的母线电压第二阈值，所述母线电压第二阈值小于此时所述光伏发电单元的开路电压及所述输入电容额定工作电压的母线电压。

2.根据权利要求1所述的微型光伏逆变器输入电容的过电压保护方法，其特征在于，所述功率消耗器件为电阻R3。

3.根据权利要求1所述的微型光伏逆变器输入电容的过电压保护方法，其特征在于，所述开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT。

4.根据权利要求2所述的微型光伏逆变器输入电容的过电压保护方法，其特征在于，所述开关器件为MOS管Q，所述MOS管Q的栅极作为所述功率吸收电路的所述开关信号输入端，源极连接所述直流母线的共负极，漏极连接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接在所述直流母线的共正极上；所述MOS管Q的漏极连接在所述直流母线的共负极上。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的微型光伏逆变器输入电容的过电压保护方法，其特征在于，所述过电压保护电路中的所述过电压保护控制电路包括分压电路和稳压电路，所述分压电路包括相互串联的第一分压器件、第二分压器件电阻R1、R2，所述第一分压器件的一端连接所述直流母线的共正极，所述第二分压器件的一端连接所述直流母线的共负极，所述分压电路用于对所述直流母线正负极之间的所述直流母线电压进行分压，输出直流分压；

所述稳压电路包括二极管D、电容C1，所述二极管D并接在所述第二分压器件的两端，且所述二极管D的正极与所述直流母线的共负极连接；所述电容C1并接在所述二极管D的两端。

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