CN118017854A - 功率变换器和功率变换器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种功率变换器和功率变换器的控制方法，功率变换器包括三相逆变电路和控制器，控制器用于，当三相逆变电路输出的三相电压中的最大相电压值大于第一电压值，三相逆变电路输出的三相电压中的最小相电压值小于第二电压值，且三相电压的正序分量大于第三电压值时，或者，三相电压中的任一相电压与其他相电压差值的绝对值大于第一预设阈值，且三相电压的正序分量大于第三电压值时，控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别为第一电流值和第二电流值，第一电流值和第二电流值为固定值。采用本申请，可实现功率变换器在保持不脱网情况下支撑供电系统由缺相并网切换至正常并网。

Description

功率变换器和功率变换器的控制方法

技术领域

本申请涉及电力电子领域，尤其涉及一种功率变换器和功率变换器的控制方法。

背景技术

随着新能源供电系统中并网容量的增加，供电系统中的并网逆变器越来越多。大量新能源电站通过长距离输电线路将电能输出到电网，在长距离输电线路短路或者并网逆变器出现故障时，会造成供电系统出现短路。并网逆变器与电网之间线路上包括开关，供电系统出现短路故障时，功率变换器可以按照故障穿越进行响应，严重情况下可能会触发供电系统中电网保护装置过流保护以断开故障线路对应的开关，并在短路点故障切除后重新闭合开关。因此在供电系统重新闭合开关或者由缺相并网切换至正常并网成功前，供电系统故障相断路，非故障的其他相保持运行。然而，供电系统缺相运行期间，并网逆变器如果依旧按照短路故障应对，并网逆变器输出大量无功和有功功率，可能造成输电线路和变压器线圈过载导致损坏，导致电网高压侧发生过压和震荡，损坏供电系统中的电力设备。

发明内容

本申请实施例提供一种功率变换器和功率变换器的控制方法，可在功率变换器工作在缺相并网期间降低功率变换器对电网的冲击，实现功率变换器在保持不脱网情况下支撑供电系统由缺相并网切换至正常并网。

第一方面，本申请提供了一种功率变换器，功率变换器包括三相逆变电路和控制器，三相逆变电路的输入端用于连接直流电源，三相逆变电路的输出端用于连接电网，控制器用于，当三相逆变电路输出的三相电压中的最大相电压值大于第一电压值，三相逆变电路输出的三相电压中的最小相电压值小于第二电压值，且三相电压的正序分量大于第三电压值时，或者，三相电压中的任一相电压与其他相电压差值的绝对值大于第一预设阈值，且三相电压的正序分量大于第三电压值时，控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别调节为第一电流值和第二电流值，第一电流值和第二电流值为固定值。其中，第一电压值大于第三电压值，第三电压值大于第二电压值，最大相电压值为三相电压中最大的交流电压幅值或者最大的交流电压有效值，最小相电压值为三相电压中最小的交流电压幅值或者最小的交流电压有效值。

在本申请中，控制器根据三相逆变电路输出的三相电压判断功率变换器是否缺相运行，无需额外增加缺相检测装置，缺相工况检测成本低，且无需向电网注入负序无功或者谐波进行检测，避免影响电网电压质量。控制器识别功率变换器缺相运行后，即识别到功率变换器中故障相对应的开关断开，控制功率变换器的三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，避免了功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率和无功功率过载，防止正常相输出端口电压、电流升高而过热损坏，使得功率变换器在缺相期间保持并网，直到支撑供电系统完成由缺相并网切换至正常并网。

在一种可能的实现方式中，第一电流值的绝对值小于或等于有功电流指令值的绝对值的最大值，第二电流值的绝对值小于或等于无功电流指令值的绝对值的最大值，其中有功电流指令值由直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率决定，无功电流指令值的大小由功率变换器的输出电压决定。控制器识别功率变换器缺相运行后，控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，避免三相逆变电路在缺相期间输出大量无功、有功功率，三相逆变电路输出有功电流、无功电流不超过缺相并网前的有功电流、输出的无功电流，降低了正常相输出的传输线路所分担的输出功率，实现功率变换器在保持不脱网情况下支撑功率变换器完成由缺相并网切换至正常并网。

在一种可能的实现方式中，第一电流值为所述三相逆变电路正常工作时所输出的有功电流值的j倍，所述第二电流值为所述功率变换电路正常工作时所输出的无功电流值的k倍，其中，所述j和所述k满足0≤j,k＜1。通过控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流不超过缺相并网前的有功电流、输出的无功电流，避免了三相逆变电路在缺相期间输出大量无功、有功功率，降低了正常相输出的传输线路所分担的输出功率。

在一种可能的实现方式中，第一电流值为所述三相逆变电路正常工作时所输出的有功电流值的j倍，所述第二电流值为所述功率变换电路正常工作时所输出的无功电流值的k倍，其中，所述j满足0.05≤j≤0.15，所述k满足0＜k≤0.1。通过控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流不超过缺相并网前的有功电流、输出的无功电流，避免了三相逆变电路在缺相期间输出大量无功、有功功率，降低了正常相输出的传输线路所分担的输出功率。

在一种可能的实现方式中，控制器用于，当最大相电压值小于第四电压值，最小相电压值大于第五电压值时，或者，最大相电压值与最小相电压值的差值小于第二预设阈值时，控制三相逆变电路输出的有功电流跟随直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率变化，三相逆变电路输出的无功电流跟随三相逆变电路的输出电压变化，其中，第四电压值大于第三电压值且小于或等于第一电压值，第五电压值大于或等于第二电压值且小于第三电压值。控制器根据三相逆变电路输出的三相电压检测功率变换器端口电压恢复正常，即功率变换器是否由缺相并网切换至正常并网成功，并在识别到端口电压恢复正常后恢复到正常并网期间时指令，保障了功率变换器对电网的支撑。

在一种可能的实现方式中，控制器用于，当三相电压中至少一相电压与其他相电压差值的绝对值小于第三预设阈值时，控制三相逆变电路输出的有功电流跟随直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率变化，三相逆变电路输出的无功电流跟随三相逆变电路的输出电压变化，其中，第三预设阈值小于或等于第一预设阈值。上述控制器在三相逆变电路输出的三相电压中各相电压之间的差值的绝对值减小时判定功率变换器由缺相并网切换至正常并网成功，并在识别到正常并网后恢复到正常并网期间时指令，保障了功率变换器对电网的支撑。

在一种可能的实现方式中，功率变换器为光伏逆变器，直流电源为光伏组件，有功电流指令值与光伏组件的最大输出功率的大小为正相关，无功电流指令值与光伏逆变器的输出电压的大小呈负相关变化。通过在识别到正常并网后恢复到正常并网期间时指令，保障了功率变换器对电网的支撑。

在一种可能的实现方式中，功率变换器为储能变流器，直流电源为储能电池，有功电流指令值与电网的需求功率的大小为正相关，无功电流指令值与变流器的输出电压的大小呈负相关变化。通过在识别到正常并网后恢复到正常并网期间时指令，保障了功率变换器对电网的支撑。

第二方面，本申请提供了一种功率变换器的控制方法，该方法包括当功率变换器中的三相逆变电路输出的三相电压中的最大相电压值大于第一电压值，三相逆变电路输出的三相电压中的最小相电压值小于第二电压值，且三相电压的正序分量大于第三电压值时，或者，三相电压中的任一相电压与其他相电压差值的绝对值大于第一预设阈值，且三相电压的正序分量大于第三电压值时，控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别调节为第一电流值和第二电流值，第一电流值和第二电流值为固定值。其中，第一电压值大于第三电压值，第三电压值大于第二电压值，最大相电压值为三相电压中最大的交流电压幅值或者最大的交流电压有效值，最小相电压值为三相电压中最小的交流电压幅值或者最小的交流电压有效值。

在本申请中，根据三相逆变电路输出的三相电压判断功率变换器是否缺相运行，无需额外增加缺相检测装置，缺相工况检测成本低，且无需向电网注入负序无功或者谐波进行检测，避免影响电网电压质量。识别功率变换器缺相运行后，控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，或者控制三相逆变电路输出有功功率、无功功率为预设固定值，避免缺相运行期间正常相的端口承担的无功功率和有功功率均过载而损坏正常相的端口，以及避免触发高低穿逻辑或者孤岛进行响应，导致三相逆变电路输出大量无功、有功功率，降低了功率变换器对电网的冲击，实现功率变换器在保持不脱网情况下支撑功率变换器完成由缺相并网切换至正常并网。

在一种可能的实现方式中，第一电流值的绝对值小于或等于有功电流指令值的绝对值的最大值，第二电流值的绝对值小于或等于无功电流指令值的绝对值的最大值，其中有功电流指令值由直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率决定，无功电流指令值的大小由功率变换器的输出电压决定。识别功率变换器缺相运行后，控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，避免三相逆变电路在缺相期间输出大量无功、有功功率，三相逆变电路输出有功电流、无功电流不超过缺相并网前的有功电流、输出的无功电流，降低了正常相输出的传输线路所分担的输出功率，实现功率变换器在保持不脱网情况下支撑功率变换器完成由缺相并网切换至正常并网。

在一种可能的实现方式中，第一电流值为所述三相逆变电路正常工作时所输出的有功电流值的j倍，所述第二电流值为所述功率变换电路正常工作时所输出的无功电流值的k倍，其中，所述j和所述k满足0≤j,k＜1。通过控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流不超过缺相并网前的有功电流、输出的无功电流，避免了三相逆变电路在缺相期间输出大量无功、有功功率，降低了正常相输出的传输线路所分担的输出功率。

在一种可能的实现方式中，第一电流值为所述三相逆变电路正常工作时所输出的有功电流值的j倍，所述第二电流值为所述功率变换电路正常工作时所输出的无功电流值的k倍，其中，所述j满足0.05≤j≤0.15，所述k满足0＜k≤0.1。通过控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流不超过缺相并网前的有功电流、输出的无功电流，避免了三相逆变电路在缺相期间输出大量无功、有功功率，降低了正常相输出的传输线路所分担的输出功率。

在一种可能的实现方式中，方法包括当最大相电压值小于第四电压值，最小相电压值大于第五电压值时，或者，最大相电压值与最小相电压值的差值小于第二预设阈值时，控制三相逆变电路输出的有功电流跟随直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率变化，三相逆变电路输出的无功电流跟随三相逆变电路的输出电压变化，其中，第四电压值大于第三电压值且小于或等于第一电压值，第五电压值大于或等于第二电压值且小于第三电压值。根据三相逆变电路输出的三相电压检测功率变换器端口电压恢复正常，即功率变换器是否由缺相并网切换至正常并网成功，并在识别到端口电压恢复正常后恢复到正常并网期间时指令，保障了功率变换器对电网的支撑。

在一种可能的实现方式中，方法包括当三相电压中至少一相电压与其他相电压差值的绝对值小于第三预设阈值时，控制三相逆变电路输出的有功电流跟随直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率变化，三相逆变电路输出的无功电流跟随三相逆变电路的输出电压变化，其中，第三预设阈值小于或等于第一预设阈值。通过在三相逆变电路输出的三相电压中各相电压之间的差值的绝对值减小时判定功率变换器由缺相并网切换至正常并网成功，并在识别到正常并网后恢复到正常并网期间时指令，保障了功率变换器对电网的支撑。

附图说明

图1是本申请提供的供电系统的一应用场景示意图；

图2是本申请提供的供电系统的另一应用场景示意图；

图3是本申请提供的供电系统的另一应用场景示意图；

图4是本申请提供的供电系统的另一应用场景示意图；

图5是本申请提供的三相逆变电路输出控制示意图；

图6是本申请提供的功率变换器的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

参见图1，图1是本申请提供的供电系统的一应用场景示意图。在本申请提供的供电系统中可包括直流电源和功率变换器，其中，直流电源可为光伏阵列，光伏阵列由多个光伏组件串联或并联组成，光伏组件的输出端可以连接功率变换器的输入端。这里，上述功率变换器可以包括三相逆变电路，三相逆变电路的输入端可以与上述光伏组件连接，三相逆变电路的输出端用于连接电网，三相逆变电路的输出端可以包括ABC三相端口。功率变换器可以通过三相逆变电路对光伏阵列提供的直流电进行逆变转换，从而将逆变转换后得到交流电输出给电网供电。

在一些可行的实施方式中，上述功率变换器可以包括直流变换电路和三相逆变电路。参见图2，图2是本申请提供的供电系统的另一应用场景示意图。如图2所示，直流变换电路的输入端可以与上述光伏组件连接，直流变换电路的输出端可以与三相逆变电路的输入端相连，三相逆变电路的输出端用于连接电网。功率变换器可以通过直流变换电路对光伏阵列提供的直流电进行变压，并通过三相逆变电路将变压后的直流电进行逆变转换，从而将逆变转换后得到交流电输出给电网供电。

在一些可行的实施方式中，直流电源还可以包括储能电池。参见图3，图3是本申请提供的供电系统的另一应用场景示意图。如图3所示，储能电池的输出端可以连接上述功率变换器中直流变换电路的输出端，储能电池可以向上述三相逆变电路提供直流电，三相逆变电路将储能电池提供的直流电进行逆变转换，并将逆变转换后得到交流电输出给电网供电。

在一些可行的实施方式中，图3中的光伏阵列提供的直流电经过功率变换器中直流变换电路进行变压后，储能电池可以基于功率变换器输出的直流电进行充电。

在一些可行的实施方式中，储能电池的输出端可以连接上述功率变换器中直流变换电路的输入端。参见图4，图4是本申请提供的供电系统的另一应用场景示意图。如图4所示，储能电池的输出端可以连接上述功率变换器中直流变换电路的输入端，储能电池可以向上述直流变换电路的输入端提供直流电，直流变换电路对储能电池提供的直流电进行变压，并通过三相逆变电路将变压后的直流电进行逆变转换，从而将逆变转换后得到交流电输出给电网供电。

在一些可行的实施方式中，上述供电系统还可以包括变压器。如图3或者图4所示，功率变换器中三相逆变电路的输出端可以通过变压器连接电网，变压器用于对功率变换器输出的交流电进行变压后输出给电网供电。

在图1至图4所示的应用场景中，供电系统可能出现短路故障，比如功率变换器与电网之间线路短路或者功率变换器出现故障。上述供电系统中功率变换器与电网之间线路上包括开关(比如，断路器)，即功率变换器ABC三相端口与电网之间分别设置一个开关。请再次参见图1至图4所示的功率变换器，功率变换器中三相逆变电路的ABC三相端口与电网之间分别设置一个开关。当供电系统出现短路故障时，比如功率变换器与电网之间线路短路，功率变换器按照故障穿越进行响应，严重情况下可能会触发供电系统中电网保护装置过流保护以断开故障线路对应的开关，在短路点故障切除后，重新闭合对应的开关。以图1所示的功率变换器为例，当功率变换器A相输出端口与电网之间线路短路，触发供电系统中电网保护装置过流保护以断开A相输出端口对应的开关，且该开关重新闭合之前，B相和C相输出端口对应的开关保持闭合，供电系统缺相运行。由于缺相运行期间只有B相和C相输出端口与电网保持连接，当功率变换器保持输出的有功功率不变，输出的感性无功功率随着电网电压升高而增加，此时A相承担的有功功率和无功功率由B相和C相承担，最终导致B相和C相承担的有功功率和无功功率均过载，同时B相和C相输出端口电压、电流升高。如果B相和C相输出端口电压、电流持续过高，会导致B相和C相输出端口严重发热甚至线路损坏，功率变换器并网工作可靠性差。

本申请提供的供电系统中，功率变换器包括控制器、直流变换电路和三相逆变电路。功率变换器工作过程中，三相逆变电路可以输出三相电压(或者，可以称作三相交流电、三相电网电压)，三相电压可以包括ABC三相电压，且可以依据ABC三相的顺序划分正序、负序和零序分量，其中正序分量为A相领先B相120度，B相领先C相120度，C相领先A相120度。负序分量为A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。零序分量为ABC三相相位相同。此外，在交流电中，电流和电压之间有相位差，则根据矢量分析可以把电流分解成两部分：与电压矢量同相的为有功电流，超前或滞后电压矢量90度的为无功电流。换句话说，电流可以分解为有功分量和无功分量。当上述三相逆变电路输出的最大相电压值大于第一电压值，最小相电压值小于第二电压值，且三相电压的正序分量大于第三电压值，上述控制器确定功率变换器工作在缺相并网期间。比如，可以是功率变换器ABC三相端口与电网之间线路出现短路故障，供电系统中电网保护装置过流保护以控制故障线路对应的开关断开，供电系统缺相运行。其中，上述三相逆变电路输出的最大相电压值可以是三相电压中交流电压的最大有效值，上述三相逆变电路输出的最小相电压值可以是三相电压中交流电压的最小有效值。或者，当上述三相逆变电路输出的三相电压中至少一相电压与其他相电压差值(可以是有效值的差值)的绝对值大于第一预设阈值，且三相电压的正序分量大于第三电压值，上述控制器确定功率变换器工作在缺相并网期间。上述第一电压值大于第三电压值，第三电压值大于第二电压值。进一步地，当功率变换器工作在缺相并网期间时，控制器可以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别保持为第一电流值和第二电流值，或者，控制三相逆变电路输出的有功功率、无功功率分别保持为第一功率值和第二功率值。具体的，上述控制器可以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流保持固定，且固定后的有功电流、无功电流可以大于、等于或者小于在功率变换器工作在缺相并网期间之前(即功率变换器正常并网时)的有功电流、无功电流。参见图5，图5是本申请提供的三相逆变电路输出控制示意图。以控制器控制三相逆变电路输出的有功电流为例，在功率变换器正常并网期间，即在出现短路故障的时刻t1之前，三相逆变电路输出的有功电流为I d1(这里，可以是有功电流的电流瞬时值、电流最大值等)，功率变换器在时刻t1出现短路故障后，三相逆变电路输出的有功电流波动，电网保护装置过流保护以控制故障线路对应的开关断开，功率变换器缺相并网，功率变换器中控制器在时刻t2控制三相逆变电路输出的有功电流为Id2，这里，I d2可以大于、等于或者小于Id1。控制器可以控制三相逆变电路输出的无功电流、有功功率或者无功功率与控制三相逆变电路输出的有功电流类似，此处不再赘述。这里，控制器根据三相逆变电路输出的三相电压判断供电系统是否缺相运行，无需额外增加缺相检测装置，缺相工况检测成本低，且无需向电网注入负序无功或者谐波进行检测，避免影响电网电压质量。控制器识别供电系统缺相运行后，即识别到功率变换器中故障相对应的开关断开，控制功率变换器的三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，避免了功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率和无功功率过载，防止正常相输出端口电压、电流升高而过热损坏，使得功率变换器在缺相期间保持并网，直到支撑供电系统完成由缺相并网切换至正常并网。

下面将结合图1至图6对本申请实施例提供的功率变换器进行示例说明，在一些可行的实施方式中，功率变换器中的控制器可以获取来自三相逆变电路输出的三相电压，并在三相逆变电路输出的最大相电压值大于第一电压值，最小相电压值小于第二电压值，且三相电压的正序分量大于第三电压值，上述控制器确定功率变换器工作在缺相并网期间。或者，当上述三相逆变电路输出的三相电压中至少一相电压与其他相电压差值的绝对值大于第一预设阈值，且三相电压的正序分量大于第三电压值，上述控制器确定功率变换器工作在缺相并网期间。这里，上述第一电压值可以为高穿触发阈值或过压保护点，上述第二电压值可以为低穿触发阈值或欠压保护点，上述第一电压值大于第三电压值，第三电压值大于第二电压值。控制器根据三相逆变电路输出的三相电压判断供电系统是否缺相运行，无需额外增加缺相检测装置，缺相工况检测成本低，且无需向电网注入负序无功或者谐波进行检测，避免影响电网电压质量。

在一些可行的实施方式中，当功率变换器工作在缺相并网期间时，控制器可以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别保持为第一电流值和第二电流值。具体的，上述第一电流值小于或等于功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的有功电流，第二电流值小于或等于功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的无功电流。这里，功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的有功电流可以是功率变换器工作在正常并网期间接收到的有功电流指令值，功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的无功电流可以是功率变换器工作在正常并网期间接收到的无功电流指令值。或者，当功率变换器工作在缺相并网期间时，控制器可以控制三相逆变电路输出的有功功率、无功功率分别保持为第一功率值和第二功率值。上述第一功率值小于或等于功率变换器在正常并网期间三相逆变电路输出的有功功率，第二功率值小于或等于功率变换器在正常并网期间三相逆变电路输出的无功功率。这里，功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的有功功率可以是功率变换器工作在正常并网期间接收到的有功功率指令值，功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的无功功率可以是功率变换器工作在正常并网期间接收到的无功功率指令值。控制器识别供电系统缺相运行后，控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，且控制电路输出有功电流、无功电流小于或等于在正常并网期间时三相逆变电路输出的有功电流、无功电流。或者，控制三相逆变电路输出有功功率、无功功率为预设固定值，且控制电路输出有功功率、无功功率小于或等于在正常并网期间时三相逆变电路输出的有功功率、无功功率，避免了功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率和无功功率过载，防止正常相输出端口电压、电流升高而过热损坏，使得功率变换器在缺相期间保持并网，直到支撑供电系统完成由缺相并网切换至正常并网。

在一些可行的实施方式中，当功率变换器工作在缺相并网期间时，控制器可以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别保持为第一电流值和第二电流值。其中，上述第一电流值为三相逆变电路正常并网时所输出的有功电流值的j倍，第二电流值为功率变换电路正常并网时所输出的无功电流值的k倍，其中，j和k为零或者为小于1的正数，即满足0≤j,k＜1。当j和k均等于零时，即控制器控制功率变换器维持零功率并网状态，进一步减小了功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率和无功功率，缺相期间功率变换器工作的安全性更高。当j和k为小于1的正数时，使得功率变换器中的正常相在缺相期间向电网输出一部分有功功率和无功功率以满足并网需求。

在一些可行的实施方式中，当功率变换器工作在缺相并网期间时，控制器可以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别保持为第一电流值和第二电流值。其中，上述第一电流值为三相逆变电路正常并网时所输出的有功电流值的j倍，第二电流值为功率变换电路正常并网时所输出的无功电流值的k倍，且j满足0.05≤j≤0.15，k满足0＜k≤0.1。当j等于0.05时，即控制器控制功率变换器接近零功率并网状态，进一步减小了功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率，缺相期间功率变换器工作的安全性更高。当j等于0.15时且k等于0.1时，使得功率变换器中的正常相在缺相期间承担较低水平的有功功率和无功功率，且可以向电网输出一部分有功功率和无功功率以满足并网需求。

在一些可行的实施方式中，当功率变换器工作在正常并网期间时，上述控制器可以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别等于有功电流指令值、无功电流指令值，上述有功电流指令值由直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率决定，上述无功电流指令值的大小由功率变换器的输出电压决定。或者，控制三相逆变电路输出的有功功率、无功功率分别等于有功功率指令值、无功功率指令值，上述有功功率指令值由直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率决定，上述无功功率指令值的大小由功率变换器的输出电压决定。具体的，控制器可以获取三相逆变电路输出的三相电压，并在三相逆变电路输出的最大相电压值小于第四电压值，最小相电压值大于第五电压值时，上述控制器确定功率变换器为正常并网期间。或者，当最大相电压值与最小相电压值的差值小于第二预设阈值时，上述控制器确定功率变换器为正常并网期间。上述第四电压值大于第三电压值且小于或等于第一电压值，上述第五电压值大于或等于第二电压值且小于第三电压值。上述有功电流指令值和无功电流指令值，或者有功功率指令值和无功功率指令值可以是控制器基于三相逆变电路输出的三相电压以及电网电压生成的电流、功率指令，也可以是从上一级调度设备获取。以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流为例，当功率变换器为光伏逆变器时，控制器可以基于光伏逆变器输入端连接光伏组件的最大输出功率得到有功电流指令值，即上述有功电流指令值可以与光伏组件的最大输出功率的大小为正相关，控制器可以基于光伏逆变器输出电压的大小得到无功电流指令值，例如当输出电压过高或过低时，通过调整无功电流以调整输出电压，即无功电流指令值可以与光伏逆变器的输出电压的大小呈负相关变化。当功率变换器为储能变流器时，控制器可以基于储能变流器输出端连接电网的需求功率得到有功电流指令值，即上述有功电流指令值可以与电网的需求功率大小为正相关，控制器可以基于储能变流器输出电压的大小得到无功电流指令值，即无功电流指令值可以与储能变流器的输出电压的大小呈负相关变化。在获取电流或者功率指令后，控制器可以控制功率变换器的有功和无功参考按照预设梯度恢复到缺相并网前指令。控制器根据三相逆变电路输出的三相电压检测功率变换器端口电压恢复正常，即供电系统是否由缺相并网切换至正常并网成功，并在识别到端口电压恢复正常后恢复到正常并网期间时指令，保障了功率变换器对电网的支撑。

在一些可行的实施方式中，控制器可以获取三相逆变电路输出的三相电压，并在上述三相电压中至少一相电压与其他相电压差值的绝对值小于第三预设阈值时，上述控制器确定功率变换器为正常并网期间，上述第三预设阈值小于或等于上述第一预设阈值。上述控制器在三相逆变电路输出的三相电压中各相电压之间的差值的绝对值减小时判定供电系统由缺相并网切换至正常并网成功，当上述第三预设阈值小于上述第一预设阈值，可以进一步提高判定功率变换器正常并网的准确性，避免在还未充分恢复正常并网时误判，提高功率变换器由缺相并网切换至正常并网的成功率。

参见图6，图6是本申请提供的功率变换器的控制方法的流程示意图。本申请提供的功率变换器的控制方法适用于上述图1至图5所示的任一供电系统中的功率变换器。上述功率变换器可以包括直流变换电路和三相逆变电路，直流变换电路的输入端可以与直流电源连接，直流变换电路的输出端可以与三相逆变电路的输入端相连，三相逆变电路的输出端用于连接电网。如图6所示，本申请提供的功率变换器的控制方法包括步骤：

S401，获取三相逆变电路输出的三相电压。

S402，判断功率变换器是否工作在缺相并网期间，若判断结果为是，则执行步骤S403，若判断结果为否，则执行步骤S401。

在一些可行的实施方式中，功率变换器可以通过获取来自三相逆变电路输出的三相电压，并在三相逆变电路输出的最大相电压值大于第一电压值，最小相电压值小于第二电压值，且三相电压的正序分量大于第三电压值，从而确定功率变换器工作在缺相并网期间。或者，当上述三相逆变电路输出的三相电压中至少一相电压与其他相电压差值的绝对值大于第一预设阈值，且三相电压的正序分量大于第三电压值，确定功率变换器工作在缺相并网期间。这里，上述第一电压值可以为高穿触发阈值或过压保护点，上述第二电压值可以为低穿触发阈值或欠压保护点，上述第一电压值大于第三电压值，第三电压值大于第二电压值。根据三相逆变电路输出的三相电压判断供电系统是否缺相运行，无需额外增加缺相检测装置，缺相工况检测成本低，且无需向电网注入负序无功或者谐波进行检测，避免检测缺相过程影响电网电压质量。

S403，控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流为固定预设值，或者，控制三相逆变电路输出的有功功率、无功功率为固定预设值。

在一些可行的实施方式中，当功率变换器工作在缺相并网期间时，可以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别保持为第一电流值和第二电流值。具体的，上述第一电流值小于或等于功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的有功电流，第二电流值小于或等于功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的无功电流。这里，功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的有功电流可以是功率变换器工作在正常并网期间接收到的有功电流指令值，功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的无功电流可以是功率变换器工作在正常并网期间接收到的无功电流指令值。或者，当功率变换器工作在缺相并网期间时，可以控制三相逆变电路输出的有功功率、无功功率分别保持为第一功率值和第二功率值。上述第一功率值小于或等于功率变换器在正常并网期间三相逆变电路输出的有功功率，第二功率值小于或等于功率变换器在正常并网期间三相逆变电路输出的无功功率。这里，功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的有功功率可以是功率变换器工作在正常并网期间接收到的有功功率指令值，功率变换器工作在正常并网期间三相逆变电路输出的无功功率可以是功率变换器工作在正常并网期间接收到的无功功率指令值。识别供电系统缺相运行后，控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，且控制电路输出有功电流、无功电流小于或等于在正常并网期间时三相逆变电路输出的有功电流、无功电流。或者，控制三相逆变电路输出有功功率、无功功率为预设固定值，且控制电路输出有功功率、无功功率小于或等于在正常并网期间时三相逆变电路输出的有功功率、无功功率，避免了功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率和无功功率过载，防止正常相输出端口电压、电流升高而过热损坏，使得功率变换器在缺相期间保持并网，直到支撑供电系统完成由缺相并网切换至正常并网。

在一些可行的实施方式中，当功率变换器工作在缺相并网期间时，可以控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别保持为第一电流值和第二电流值。其中，上述第一电流值为三相逆变电路正常并网时所输出的有功电流值的j倍，第二电流值为功率变换电路正常并网时所输出的无功电流值的k倍，其中，j和k为零或者为小于1的正数，即满足0≤j,k＜1。当j和k均等于零时，即控制功率变换器维持零功率并网状态，进一步减小了功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率和无功功率，缺相期间功率变换器工作的安全性更高。当j和k为小于1的正数时，使得功率变换器中的正常相在缺相期间向电网输出一部分有功功率和无功功率以满足并网需求。

在一些场景下，对三相逆变电路输出的有功电流、无功电流做进一步限制可以在缺相期间对输出电压做更稳定的控制。例如，j满足0.05≤j≤0.15，k满足0＜k≤0.1。进一步减小功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率和无功功率，且可以向电网输出一部分有功功率和无功功率对电网做一定的支撑。具体地，j可以取值为0.05，0.1，0.15等数值，k可以取值为0.05，0.1等数值。

S404，判断功率变换器是否工作在正常并网期间，若判断结果为是，则执行步骤S405，若判断结果为否，则执行步骤S403。

S405，控制三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别等于有功电流指令值、无功电流指令值，或者，控制三相逆变电路输出的有功功率、无功功率分别等于有功功率指令值、无功功率指令值。

在一些可行的实施方式中，功率变换器可以通过获取来自三相逆变电路输出的三相电压，并在三相逆变电路输出的最大相电压值小于第四电压值，最小相电压值大于第五电压值时，确定功率变换器为正常并网期间。或者，当最大相电压值与最小相电压值的差值小于第二预设阈值时，确定功率变换器为正常并网期间。上述第四电压值大于第三电压值且小于或等于第一电压值，上述第五电压值大于或等于第二电压值且小于第三电压值。上述有功电流指令值和无功电流指令值，或者有功功率指令值和无功功率指令值可以是从上一级调度设备获取。在获取电流或者功率指令后，可以控制功率变换器的有功和无功参考按照预设梯度恢复到缺相并网前指令。例如，当功率变换器为光伏逆变器时，可以基于光伏逆变器输入端连接光伏组件的最大输出功率得到有功电流指令值，即上述有功电流指令值可以与光伏组件的最大输出功率的大小为正相关，可以基于光伏逆变器输出电压的大小得到无功电流指令值，例如当输出电压过高或过低时，通过调整无功电流以调整输出电压，即无功电流指令值可以与光伏逆变器的输出电压的大小呈负相关变化。当功率变换器为储能变流器时，可以基于储能变流器输出端连接电网的需求功率得到有功电流指令值，即上述有功电流指令值可以与电网的需求功率大小为正相关，可以基于储能变流器输出电压的大小得到无功电流指令值，即无功电流指令值可以与储能变流器的输出电压的大小呈负相关变化。在供电系统缺相运行期间控制三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，同时根据三相逆变电路输出的三相电压检测功率变换器端口电压恢复正常，并在识别到端口电压恢复正常后恢复到正常并网期间时的指令，其中有功电流指令值由直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率决定，无功电流指令值的大小由功率变换器的输出电压决定，保障了功率变换器在解决故障相后的正常并网期间对电网的支撑。

在一些可行的实施方式中，功率变换器可以通过获取三相逆变电路输出的三相电压，并在上述三相电压中至少一相电压与其他相电压差值的绝对值小于第三预设阈值时，确定功率变换器为正常并网期间，上述第三预设阈值小于或等于上述第一预设阈值。在三相逆变电路输出的三相电压中各相电压之间的差值的绝对值减小时判定供电系统由缺相并网切换至正常并网成功，当上述第三预设阈值小于上述第一预设阈值，可以进一步提高判定功率变换器正常并网的准确度，避免在功率变换器还未充分恢复正常并网时误判，提高功率变换器由缺相并网切换至正常并网的成功率。

本申请中，功率变换器中的控制器根据三相逆变电路输出的三相电压判断供电系统是否缺相运行，无需额外增加缺相检测装置，缺相工况检测成本低，且无需向电网注入负序无功或者谐波进行检测，避免影响电网电压质量。控制器识别供电系统缺相运行后，即识别到功率变换器中故障相对应的开关断开，控制功率变换器的三相逆变电路输出有功电流、无功电流为预设固定值，避免了功率变换器中的正常相在缺相期间承担的有功功率和无功功率过载，防止正常相输出端口电压、电流升高而过热损坏，使得功率变换器在缺相期间保持并网，直到支撑供电系统完成由缺相并网切换至正常并网。此外，根据三相逆变电路输出的三相电压检测功率变换器端口电压恢复正常，并在识别到端口电压恢复正常后恢复到正常并网期间时的指令，其中有功电流指令值由直流电源提供的输入功率或者电网的需求功率决定，无功电流指令值的大小由功率变换器的输出电压决定，保障了功率变换器在解决故障相后的正常并网期间对电网的支撑。

Claims (14)

1.一种功率变换器，其特征在于，所述功率变换器包括三相逆变电路和控制器，所述三相逆变电路的输入端用于连接直流电源，所述三相逆变电路的输出端用于连接电网；

所述控制器用于，当所述三相逆变电路输出的三相电压中的最大相电压值大于第一电压值，所述三相逆变电路输出的三相电压中的最小相电压值小于第二电压值，且所述三相电压的正序分量大于第三电压值时，或者，所述三相电压中的任一相电压与其他相电压差值的绝对值大于第一预设阈值，且所述三相电压的正序分量大于所述第三电压值时，控制所述三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别调节为第一电流值和第二电流值，所述第一电流值和所述第二电流值为固定值；

其中，所述第一电压值大于所述第三电压值，所述第三电压值大于所述第二电压值，所述最大相电压值为所述三相电压中最大的交流电压幅值或者最大的交流电压有效值，所述最小相电压值为所述三相电压中最小的交流电压幅值或者最小的交流电压有效值。

2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第一电流值的绝对值小于或等于有功电流指令值的绝对值的最大值，所述第二电流值的绝对值小于或等于无功电流指令值的绝对值的最大值，其中所述有功电流指令值由所述直流电源提供的输入功率或者所述电网的需求功率决定，所述无功电流指令值的大小由所述功率变换器的输出电压决定。

3.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第一电流值为所述三相逆变电路正常并网时所输出的有功电流值的j倍，所述第二电流值为所述功率变换电路正常并网时所输出的无功电流值的k倍，其中，所述j和所述k满足0≤j,k＜1。

4.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第一电流值为所述三相逆变电路正常并网时所输出的有功电流值的j倍，所述第二电流值为所述功率变换电路正常并网时所输出的无功电流值的k倍，其中，所述j满足0.05≤j≤0.15，所述k满足0＜k≤0.1。

5.根据权利要求1-4任一所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器用于，当所述最大相电压值小于第四电压值，所述最小相电压值大于第五电压值时，或者，所述最大相电压值与最小相电压值的差值小于第二预设阈值时，控制所述三相逆变电路输出的有功电流跟随所述直流电源提供的输入功率或者所述电网的需求功率变化，所述三相逆变电路输出的无功电流跟随所述三相逆变电路的输出电压变化，其中，所述第四电压值大于所述第三电压值且小于或等于所述第一电压值，所述第五电压值大于或等于所述第二电压值且小于所述第三电压值。

6.根据权利要求1-4任一所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器用于，当所述三相电压中至少一相电压与其他相电压差值的绝对值小于第三预设阈值时，控制所述三相逆变电路输出的有功电流跟随所述直流电源提供的输入功率或者所述电网的需求功率变化，所述三相逆变电路输出的无功电流跟随所述三相逆变电路的输出电压变化，其中，所述第三预设阈值小于或等于所述第一预设阈值。

7.根据权利要求2-6任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器为光伏逆变器，所述直流电源为光伏组件，所述有功电流指令值与所述光伏组件的最大输出功率的大小为正相关，所述无功电流指令值与所述光伏逆变器的输出电压的大小呈负相关变化。

8.根据权利要求2-6任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器为储能变流器，所述直流电源为储能电池，所述有功电流指令值与所述电网的需求功率的大小为正相关，所述无功电流指令值与所述变流器的输出电压的大小呈负相关变化。

9.一种功率变换器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当所述功率变换器中的三相逆变电路输出的三相电压中的最大相电压值大于第一电压值，所述三相逆变电路输出的三相电压中的最小相电压值小于第二电压值，且所述三相电压的正序分量大于第三电压值时，或者，所述三相电压中的任一相电压与其他相电压差值的绝对值大于第一预设阈值，且所述三相电压的正序分量大于所述第三电压值时，控制所述三相逆变电路输出的有功电流、无功电流分别调节为第一电流值和第二电流值，所述第一电流值和所述第二电流值为固定值；

其中，所述三相逆变电路的输入端用于连接直流电源，所述三相逆变电路的输出端用于连接电网，所述第一电压值大于所述第三电压值，所述第三电压值大于所述第二电压值，所述最大相电压值为所述三相电压中最大的交流电压幅值或者最大的交流电压有效值，所述最小相电压值为所述三相电压中最小的交流电压幅值或者最小的交流电压有效值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

所述第一电流值的绝对值小于或等于有功电流指令值的绝对值的最大值，所述第二电流值的绝对值小于或等于无功电流指令值的绝对值的最大值，其中所述有功电流指令值由所述直流电源提供的输入功率或者所述电网的需求功率决定，所述无功电流指令值的大小由所述功率变换器的输出电压决定。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

所述第一电流值为所述三相逆变电路正常工作时所输出的有功电流值的j倍，所述第二电流值为所述功率变换电路正常工作时所输出的无功电流值的k倍，其中，所述0≤j,k＜1。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

所述第一电流值为所述三相逆变电路正常工作时所输出的有功电流值的j倍，所述第二电流值为所述功率变换电路正常工作时所输出的无功电流值的k倍，其中，所述j满足0.05≤j≤0.15，所述k满足0＜k≤0.1。

13.根据权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

当所述最大相电压值小于第四电压值，所述最小相电压值大于第五电压值时，或者，所述最大相电压值与最小相电压值的差值小于第二预设阈值时，控制所述三相逆变电路输出的有功电流跟随所述直流电源提供的输入功率或者所述电网的需求功率变化，所述三相逆变电路输出的无功电流跟随所述三相逆变电路的输出电压变化，其中，所述第四电压值大于所述第三电压值且小于或等于所述第一电压值，所述第五电压值大于或等于所述第二电压值且小于所述第三电压值。

14.根据权利要求9-12任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

当所述三相电压中至少一相电压与其他相电压差值的绝对值小于第三预设阈值时，控制所述三相逆变电路输出的有功电流跟随所述直流电源提供的输入功率或者所述电网的需求功率变化，所述三相逆变电路输出的无功电流跟随所述三相逆变电路的输出电压变化，其中，所述第三预设阈值小于或等于所述第一预设阈值。