CN105762834A - 一种光伏逆变器智能启机控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏逆变器智能启机控制***，包括升压电路、逆变桥、并网开关和控制器，所述升压电路输出通过直流母线与逆变桥相连，逆变桥输出经过滤波器后与并网开关连接，并网开关接入到电网***，控制器采样母线电压。本发明通过控制逆变桥产生高次谐波，提高主要开关器件、滤波电感、滤波电容的损耗，省去了常规的启机电阻，提高了空载下逆变器的自身损耗从而达到测试太阳能电池板带载能力，防止逆变器在早上频繁启机的问题，确保了并网开关的运行寿命，降低了光伏逆变器***的故障率，此方法由数字控制器实现，不需要增加额外的硬件，具有智能化、低成本、通用性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及光伏逆变器领域，尤其是一种光伏逆变器智能启机控制***。
背景技术
现有的光伏逆变器主要分为工业电站型和分布式两种，分别使用交流接触器和继电器（下称并网开关）实现与电网的分离控制。这些器件属于机械动作开关，使用寿命有限，一般为几千上万次不等。为了保证逆变器10年以上的使用寿命，光伏逆变器必须在早上开机和晚上关机才进行一次开关动作，其他时间段每多一次操作，使用寿命就会减半。
早上太阳光线较弱，电池板输出电压虽然高于市电峰值，但是驱动功率不足。逆变器一般通过检测与电池板相连的母线电压作为并网运行的条件，当此电压高于市电峰值时，即会进入并网发电。但是逆变器存在最小运行功率（小功率下逆变器会产生大量谐波，为此会设置最小开机功率），加上自身的器件损耗，刚启机时由于电池驱动功率不足，电压会被拉低而使逆变器退出并网状态。由此导致频繁的启机-停机，并网开关不断动作而降低了使用寿命。
由于存在上述问题，并网运行之前需要判断太阳能电池板输出功率足以支撑逆变器自身损耗并留有一定欲量后，才能进行吸合并网开关。常规的做法有以下几种：
第一种是在光伏逆变器输入侧接入启动电阻，当太阳能电池板输出功率足以支撑电阻的能量消耗，并且仍然有稳定的输出电压时，再切断启动电阻并吸合并网开关。此种电路由电阻、继电器和其他辅助器件组成，成本较高，同时自带的继电器也有寿命限制。
第二种是将光伏并网逆变器的起机电压与关机电压形成一个滞环。将光伏并网逆变器的启动最小电压、与运行时候的停机电压形成一个滞环，就避免了频繁的开关机。这种方式本质是提高开机电压点来确保太阳能电池板有足够的功率输出后在启机，虽然去掉了硬件电路，但是以延迟开机时间损失发电量为代价，同时这个滞环大小会受到电池板种类、配置的功率等级有关系，因此这种方法的使用范围受限。
第三种是通过逆变桥产生与电网同频、同相和同幅值的电压之后，判断母线电压是否高于市电峰值的方式作为启动方法。此方法虽然降低了频繁启机的次数，但没有考虑并网时***损耗、最小运行功率，存在检测盲区，不能完全解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用逆变器自身开关器件、滤波器件的损耗来判断太阳能电池板的驱动能力的光伏逆变器智能启机控制***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光伏逆变器智能启机控制***，包括升压电路、逆变桥、并网开关和控制器，所述升压电路包括电感L1以及由三极管Q1和二极管D1组成的开关器件A，所述逆变桥包括由三极管Q2和二极管D2组成的开关器件B，所述滤波器包括电感L2、电感L3和电容C1，电感L2分别连接电感L3和电容C1，并网开关包括开关K1和开关K2；所述升压电路输出通过直流母线与逆变桥相连，逆变桥输出经过滤波器后与并网开关连接，并网开关接入到电网***，控制器采样母线电压UDC。
所述光伏逆变器智能启机控制***的启机方法，包括以下步骤：光伏逆变器上电进入启机控制，开始启机自检，对于带有升压电路的两级光伏逆变器，首先由升压电路工作，控制器检测母线电压是否能够维持在预设定的值，如果无法维持母线电压稳定，则退出启机控制；如果母线电压维持在预设定的值，则光伏逆变器的控制器计算谐波参考电压作为调制波，与DSP载波计数器进行比较，产生高频PWM信号驱动逆变桥工作；控制器再一次检测母线电压是否能够维持在预设定的值，如果无法维持母线电压稳定，则退出启机控制，如果母线电压维持稳定并在市电峰值以上，吸合并网开关，进入并网控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过控制逆变桥产生高次谐波，提高主要开关器件、滤波电感、滤波电容的损耗，使其接近于逆变器并网运行时的***损耗和最小运行功率，省去了常规的启机电阻，节省了光伏逆变器的器件成本并降低了启机电阻及相关器件损坏的风险，通过光伏逆变器产生高频谐波方式，提高了空载下逆变器的自身损耗从而达到测试太阳能电池板带载能力，防止逆变器在早上频繁启机的问题，确保了并网开关的运行寿命，降低了光伏逆变器***的故障率，此方法由数字控制器实现，不需要增加额外的硬件，具有智能化、低成本、通用性强的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中开关器件的开关损耗示意图。
图3为本发明中电感、电容的损耗示意图。
图4为本发明50Hz电压下的谐波电压电流仿真图。
图5为本发明350Hz电压下的谐波电压电流仿真图。
图6为本发明的流程示意图。
图中：101-升压电路；102-逆变桥；103-滤波器；104-并网开关；105-控制器。
具体实施方式
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。
请参阅图1，本发明实施例中，一种光伏逆变器智能启机控制***，适用于双级光伏逆变器***和单级光伏逆变器***，双级光伏逆变器***一般为分布式应用的小型光伏逆变器，单级光伏逆变器***一般为集中型大型光伏逆变器。
双级光伏逆变器智能启机控制***包括升压电路101、逆变桥102、并网开关104和控制器105，升压电路101包括电感L1以及由三极管Q1和二极管D1组成的开关器件A，逆变桥102包括由三极管Q2和二极管D2组成的开关器件B，滤波器103包括电感L2、电感L3和电容C1，电感L1分别连接电感L2和电容C1，并网开关104包括开关K1和开关K2；升压电路101输出通过直流母线与逆变桥102相连，逆变桥102输出经过滤波器103后，与并网开关104连接，并网开关104接入到电网***，控制器105根据采样母线电压UDC来判断是否吸合并网开关104，完成启机控制，逆变桥102和滤波器103可以为单相***，也可以为三相***，控制器105检测母线电压UDC，当其超过市电电压峰值时，启动升压电路101和逆变桥102工作，此时***进入启机控制。
单级光伏逆变器智能启机控制***不具备升压电路101，其他结构与双级光伏逆变器***相同。
本发明公开的启机控制原理与控制方法如下：
光伏逆变器智能启机控制***自身的损耗主要包括电感L1、开关器件A、开关器件B、电感L2、电感L3、电容C1、控制器105和附属器件。除控制器105及其他附属器件外，主要损耗集中在开关器件A、开关器件B、电感L1、电感L2、电感L3和电容C1。
请参阅图2，开关器件的开关损耗功率计算公式如下：
（1）
（2）
公式（1）为开关器件的开、关损耗，占主要部分，其中t1-t2为开关器件的开关起始、截至时间，Is为电流值，Us为端电压值；公式（2）为导通损耗，占次要部分，其中Rs为开关器件的导通电阻。
请参阅图3，电感和电容的损耗功率计算公式如下：
（3）
（4）
公式（3）为电感损耗功率，公式（4）为电容的损耗功率，IL和IC是分别通过电感和电容的电流值，Lr和Cr分别为电感和电容的导通电阻。
在并网开关吸合前，
因此，总的损耗功率为：
（5）
由公式（5）可知，通过增加电流I来提高开关器件、电感、电容的损耗功率，使其接近整机损耗和初始运行功率。这样，就能保证光伏逆变器***并网运行后不会因为母线电压被拉低而退出并网状态。
电容电压、电流的物理公式：
（6）
由公式（6）可知，可通过增加逆变桥102的输出电压频率，如13/15/17...次谐波等，从而提高流过电容C1的电流，从而使上述主要器件的损耗接近于整机损耗和初始运行功率，开环启机工作正常后，再吸合并网开关104转为并网工作模式。
请参阅图4-5，图4为50Hz电压的滤波电流值，图5为350Hz电压的滤波电流值，由图可知，随着谐波次数的增加，流过的电流值也成比例增加。
请参阅图6，一种光伏逆变器智能启机控制***的启机方法，包括以下步骤：光伏逆变器上电进入启机控制，开始启机自检，对于带有升压电路101的两级光伏逆变器，首先由升压电路101工作，控制器105检测母线电压是否能够维持在预设定的值，如果无法维持母线电压稳定，则退出启机控制；如果母线电压维持在预设定的值，则光伏逆变器的控制器105计算谐波电压，如下式：
（7）
其中，为输出电压峰值，为基波电压频率。
由于光伏逆变器控制器105由数字控制器DSP实现，因此需要对上述离散化处理，离散方法如下：
（8）
其中，为DSP的采样频率，为谐波频率；
根据上述公式（7）、（8）即可以计算出数字化下的谐波电压参考，此电压作为调制波，与DSP载波计数器进行比较，产生高频PWM信号驱动逆变桥工作。控制器105再一次检测母线电压是否能够维持在预设定的值，如果无法维持母线电压稳定，则退出启机控制，如果母线电压维持稳定并在市电峰值以上，则说明太阳能电池板的输出功率足以支撑逆变器自身损耗和起始运行功率，光伏逆变器***退出启机控制，吸合并网开关104，进入常规的并网控制。
本发明通过控制逆变桥102产生高次谐波，提高主要开关器件、电感、电容的损耗，使其接近于逆变器并网运行时的***损耗和最小运行功率，省去了常规的启机电阻，节省了光伏逆变器的器件成本并降低了启机电阻及相关器件损坏的风险，通过光伏逆变器产生高频谐波方式，提高了空载下逆变器的自身损耗从而达到测试太阳能电池板带载能力，防止逆变器在早上频繁启机的问题，确保了并网开关104的运行寿命，降低了光伏逆变器***的故障率，此方法由数字控制器实现，不需要增加额外的硬件，具有智能化、低成本、通用性强的特点。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (2)
1.一种光伏逆变器智能启机控制***，其特征在于，包括升压电路（101）、逆变桥（102）、并网开关（104）和控制器（105），所述升压电路（101）包括电感L1以及由三极管Q1和二极管D1组成的开关器件A，所述逆变桥（102）包括由三极管Q2和二极管D2组成的开关器件B，所述滤波器（103）包括电感L2、电感L3和电容C1，电感L1分别连接电感L2和电容C1，并网开关（104）包括开关K1和开关K2；所述升压电路（101）输出通过直流母线与逆变桥（102）相连，逆变桥（102）输出经过滤波器（103）后与并网开关（104）连接，并网开关（104）接入到电网***，控制器（105）采样母线电压UDC。
2.一种如权利要求1所述的光伏逆变器智能启机控制***的启机方法，其特征在于，包括以下步骤：光伏逆变器上电进入启机控制，开始启机自检，首先由升压电路（101）工作，控制器（105）检测母线电压是否能够维持在预设定的值，如果无法维持母线电压稳定，则退出启机控制；如果母线电压维持在预设定的值，则光伏逆变器的控制器（105）计算谐波参考电压作为调制波，与DSP载波计数器进行比较，产生高频PWM信号驱动逆变桥（102）工作；控制器（105）再一次检测母线电压是否能够维持在预设定的值，如果无法维持母线电压稳定，则退出启机控制，如果母线电压维持稳定并在市电峰值以上，吸合并网开关（104），进入并网控制。
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