專利名稱：一種兩級式光伏逆變器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種兩級式光伏逆變器，尤其涉及一種能夠防止過溫的兩級式光伏逆變器，屬于電氣控制技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
目前，光伏逆變器過溫保護的方法主要有兩種:其一、在控制器內(nèi)設定一個溫度保護閾值T，當逆變器溫度t>T時，進行過溫保護，逆變器停止輸出。同時，逆變器會設置一個溫度滯環(huán)，寬度為h，當逆變器溫度下降到t〈T-h時，逆變器重新啟動。這種方法雖然能夠檢測出逆變器的過熱狀態(tài)，并及時保護器件不受損，但是，在T — T-h這段時間內(nèi)，逆變器是沒有輸出的，從而降低了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。其二、為解決以上方法所存在的問題，提出了高溫限功率的方法。具體做法是:設定兩個溫度閾值T1、T2，且T2>T1。當逆變器溫度超過Tl但低于T2時，減小輸出電流指令，從而減小逆變器輸出功率，降低逆變器發(fā)熱量。如果逆變器在功率限制過程中，溫度繼續(xù)上升超過T2，則停止運行。此方法在控制逆變器溫度過快上升的同時使逆變器保持工作，實現(xiàn)了發(fā)電最大化。然而，上述方法第二種只通過減小輸出電流指令來限制功率輸出，根據(jù)光伏曲線的特性，輸入電壓工作點可能會向最大功率點左邊偏移，從而導致輸入電壓過低而造成逆變器停機。為此，一篇中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)枮?01210193010.2)提出了一種抬升工作電壓指令的方法，當限功率時保證逆變器工作在最大功率點右側(cè)，從而避免停機。但是，對于單級式系統(tǒng)，減小輸出電流指令就相當于減小輸入電流，根據(jù)光伏曲線特性，輸入電流減小必然會使輸入電壓升高。因此，對于單級式系統(tǒng)，不需要電壓抬升模塊即可實現(xiàn)既減小輸出功率又使工作電壓抬升的目的。而如果加入電壓抬升模塊，反而使限流指令與電壓抬升指令不容易匹配而可能會造成功率波動。對于兩級式系統(tǒng)，該專利的方法通過電壓抬升模塊抬升MPPT模塊的指令電壓，使輸入電壓工作在最大功率點右邊，再通過限定輸出電流指令來減小輸出功率。由于需要對MPPT的指令電壓進行抬升后進行母線控制，在響應速度方面不夠快速。另外，同時抬升電壓指令、限制輸出電流指令容易造成輸入、輸出功率限定不匹配，對影響母線控制的穩(wěn)定以及輸出功率的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有過溫保護方法應用于兩級式系統(tǒng)所存在的不足，提供一種兩級式光伏逆變器，不僅能夠有效控制逆變器整體工作溫度，使發(fā)電量最大化，同時又解決了通過限制輸出電流指令方法可能造成的母線過壓問題。本發(fā)明的兩級式光伏逆變器，包括DC/DC升壓電路、DC/AC逆變電路、MPPT控制模塊、DC/DC升壓控制模塊、DC/AC逆變控制模塊，以及用于實時監(jiān)測DC/DC升壓電路和DC/AC逆變電路中功率器件溫度的溫度檢測模塊；DC/DC升壓電路輸入端與光伏陣列輸出端相連，輸出端與DC/AC電路輸入端連接，DC/AC逆變電路的輸出端連到電網(wǎng)；DC/DC升壓控制模塊采用電壓、電流雙環(huán)控制，外環(huán)為電壓調(diào)節(jié)器，內(nèi)環(huán)為電流調(diào)節(jié)器；MPPT控制模塊的輸出值與采樣得到的光伏陣列輸入電壓值的差作為電壓調(diào)節(jié)器的輸入，電壓調(diào)節(jié)器的輸出電流指令值經(jīng)一個限幅器限幅后，作為電流調(diào)節(jié)器的輸入電流指令值；該兩級式光伏逆變器還包括過溫控制模塊，所述過溫控制模塊的輸入連接溫度檢測模塊的輸出，其輸出與所述限幅器的控制端連接；所述過溫控制模塊根據(jù)溫度檢測模塊所檢測的溫度對所述限幅器的最大限定幅值進行實時調(diào)整，具體如下:當溫度檢測模塊所檢測的溫度小于等于預設的溫度閾值時，以預設的初始最大限定幅值作為當前最大限定幅值；否則，在O與初始最大限定幅值之間調(diào)整當前最大限定幅值，溫度檢測模塊所檢測的溫度與所述溫度閾值的差值越大，則當前最大限定幅值越小。作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述在0與初始最大限定幅值之間調(diào)整當前最大限定幅值，具體按照以下方法:以溫度檢測模塊所檢測的溫度與所述溫度閾值的差值作為一個PI控制器的輸入，所述PI控制器輸出為一個范圍在
之間的幅值限定系數(shù)P ;根據(jù)PI控制器輸出的幅值限定系數(shù)0，按照下式計算限幅器的當前最大限定幅值IPVMax并輸出至所述限幅器:IpvMax- 3 ) IpvMaxO其中，Ipvsiaxtl為預設的初始最大限定幅值。作為本發(fā)明的另一優(yōu)選方案，所述在0與初始最大限定幅值之間調(diào)整當前最大限定幅值，具體按照以下方法:根據(jù)溫度檢測模塊所檢測的溫度與所述溫度閾值的差值AT，通過查詢預先建立的AT-AI對應表獲得相應的電流幅值調(diào)整量Al，AT越大則對應的A I越大；然后按照下式計算限幅器的當前最大限定幅值IpvMax并輸出至所述限幅器:IpvMax-1pvMaxO-AI其中，Ipvsiaxtl為預設的初始最大限定幅值。本發(fā)明通過溫度閉環(huán)控制實時調(diào)整最大直流輸入電流指令限幅值，不僅能夠有效控制逆變器整體工作溫度，使發(fā)電量最大化，同時又解決了通過限制輸出電流指令方法可能造成的母線過壓問題。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:1、防止逆變器頻繁關機，提高光伏逆變器的發(fā)電量。2、適合多級式光伏逆變器系統(tǒng)，在保證發(fā)熱量降低的情況下，又不會產(chǎn)生母線過壓。3、能自動保證輸入電壓調(diào)整方向,無需額外算法。


圖1為常用的單相兩級式光伏逆變器控制結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明具體實施方式
中的單相兩級式光伏逆變器控制結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明具體實施方式
中的單相兩級式光伏逆變器的過溫控制流程示意圖；圖4 (a)、圖4 (b)分別為光伏電池的1-U特性曲線、P-U特性曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明:本發(fā)明的思路是通過溫度閉環(huán)控制實時調(diào)整最大直流輸入電流指令限幅值，不僅能夠有效控制逆變器整體工作溫度，使發(fā)電量最大化，同時又解決了通過限制輸出電流指令方法可能造成的母線過壓問題。本發(fā)明不僅適用于單相系統(tǒng)，也適用于三相系統(tǒng)。下面以單相兩級式光伏逆變器為例來對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細描述。圖1顯示了常用的單相兩級式光伏逆變器控制結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示，采樣元件采集光伏電池(或光伏陣列)的輸出電壓Vpv、輸出電流Ipv，經(jīng)過MPPT運算得到直流輸入電壓指
令Ks DC/DC升壓模塊為Boost升壓模塊，采用電壓、電流雙環(huán)控制，電壓環(huán)將反饋電壓Vpv與指令電壓作差，將差值輸入PI調(diào)節(jié)器生成電流指令值，為更好地進行電流控制，需對I;進行限幅，方法是將^輸入到一個限幅器L，該限幅器L有一個最小限定幅值IpvMin，預設值為Ipvlin=O ;—個最大限定幅值IpvMax，預設值為IpvMax=IpvMax(l，即! — 5 Cr么1PrMax -電流
環(huán)對^與光伏電池輸入Ipv的差值進行PI控制，得到Boost電路中電感兩端的電壓指令值
Vl,再根據(jù)Boost輸入、輸出電壓關系計算得到Boost中控制功率管的PWM信號(Boost電路由電感、功率管以及二極管組成，為公知技術(shù))。經(jīng)過Boost升壓后的母線電壓為Vddink，與
母線指令電壓KLm—經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器計算得到并網(wǎng)電流幅值指令值< (母線指令電壓匕 1 .由
直流母線控制模塊給定)。鎖相環(huán)PLL鎖定電網(wǎng)相位e，將幅值指令^與sin0相乘后得到
并網(wǎng)電流指令值IdMf。逆變器的輸出電壓Vab被輸出濾波電感與電網(wǎng)分壓。IdMf與輸出電流反饋值Ig經(jīng)過PR調(diào)節(jié)器得到輸出濾波電感兩端的電壓指令值Vhf，(其中輸出濾波電感在圖上未示出，只示出了電網(wǎng))再結(jié)合輸出的電網(wǎng)電壓Vg與母線電壓Vddink,計算得到控制DC/AC單元中功率管的PWM信號。其中逆變器的輸出電壓Vab=Vtof+Vg。為了防止功率器件溫度過高造成損壞，同時保證逆變器發(fā)電量最大化，本發(fā)明的方法是在上述控制系統(tǒng)中加入過溫控制模塊，過溫控制模塊根據(jù)溫度檢測模塊所檢測的溫度對所述限幅器的最大限定幅值進行實時調(diào)整，具體如下:當溫度檢測模塊所檢測的溫度小于等于預設的溫度閾值時，以預設的初始最大限定幅值作為當前最大限定幅值；否則，在0與初始最大限定幅值之間調(diào)整當前最大限定幅值，溫度檢測模塊所檢測的溫度與所述溫度閾值的差值越大，則當前最大限定幅值越小。傳統(tǒng)的防止逆變器溫度過高的方法是減小輸出電流指令值，使逆變器輸出功率減小，從而降低發(fā)熱量。但是，對于兩級式逆變器系統(tǒng)，通常DC/DC與DC/AC部分是獨立控制的。如果限制輸出電流指令值，而不對輸入功率進行限制，那么逆變器無法快速將輸入能量輸出，會造成能量在母線上堆積，從而引起母線過壓。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，不必對MPPT算法作任何修改,就可實現(xiàn)輸入電壓工作點向最大功率點右邊偏移，從而避免由于電壓過低而造成關機的問題。圖2顯示了一個加入過溫控制模塊后的單相兩級式光伏逆變器的實施例。如圖所示，逆變器運行過程中，溫度檢測模塊實時檢測逆變器中功率器件的溫度t并將檢測結(jié)果傳輸至過溫控制模塊。過溫控制模塊首先計算t與T。的差值AT，Tc為設定的過溫控制溫度閾值；然后將A T輸入PI控制器進行PI控制，PI控制器的輸出值P為DC/DC控制模塊
中電流環(huán)的輸入電流指令值C的幅值限定系數(shù)，^的取值范圍為:0≤β≤1。當ΔT≤0
時，β =0，限幅器L的最大限定幅值Ip—取 IpvMax(1，即不用對輸入電流指令值限幅，逆變器可以滿功率輸出；當AT>0時，0〈≤彡l，IpvMax=(l-e)IpvMaxQ，直到AT≤0為止。這種情況下，根據(jù)實時計算出的e，通過Ipvmm= (1-0 ) IpvMart實時更新/;的最大限定值，從而限制逆變器的輸入功率。該單相兩級式光伏逆變器的過溫控制流程如圖3所示。限幅器當前最大限定幅值的動態(tài)調(diào)整也可由查表方法實現(xiàn)。預先建立溫度差值AT與電流幅值調(diào)整量A I的對應表，當AT彡0時，電流變化量AI=O;當A T>0時，根據(jù)當前溫度差值AT查得相對應的電流幅值調(diào)整量Al ;然后設置限幅器L的當前最大限定
幅值
權(quán)利要求
1.一種兩級式光伏逆變器，包括DC/DC升壓電路、DC/AC逆變電路、MPPT控制模塊、DC/DC升壓控制模塊、DC/AC逆變控制模塊，以及用于實時監(jiān)測DC/DC升壓電路和DC/AC逆變電路中功率器件溫度的溫度檢測模塊；DC/DC升壓電路輸入端與光伏陣列輸出端相連，輸出端與DC/AC電路輸入端連接，DC/AC逆變電路的輸出端連到電網(wǎng)；DC/DC升壓控制模塊采用電壓、電流雙環(huán)控制，外環(huán)為電壓調(diào)節(jié)器，內(nèi)環(huán)為電流調(diào)節(jié)器；MPPT控制模塊的輸出值與采樣得到的光伏陣列輸入電壓值的差作為電壓調(diào)節(jié)器的輸入，電壓調(diào)節(jié)器的輸出電流指令值經(jīng)一個限幅器限幅后，作為電流調(diào)節(jié)器的輸入電流指令值；其特征在于，該兩級式光伏逆變器還包括過溫控制模塊，所述過溫控制模塊的輸入連接溫度檢測模塊的輸出，其輸出與所述限幅器的控制端連接；所述過溫控制模塊根據(jù)溫度檢測模塊所檢測的溫度對所述限幅器的最大限定幅值進行實時調(diào)整，具體如下:當溫度檢測模塊所檢測的溫度小于等于預設的溫度閾值時，以預設的初始最大限定幅值作為當前最大限定幅值；否則，在O與初始最大限定幅值之間調(diào)整當前最大限定幅值，溫度檢測模塊所檢測的溫度與所述溫度閾值的差值越大，則當前最大限定幅值越小。
2.如權(quán)利要求1所述兩級式光伏逆變器，其特征在于，所述在O與初始最大限定幅值之間調(diào)整當前最大限定幅值，具體按照以下方法:以溫度檢測模塊所檢測的溫度與所述溫度閾值的差值作為一個PI控制器的輸入，所述PI控制器輸出為一個范圍在[O，I]之間的幅值限定系數(shù)- ;根據(jù)PI控制器輸出的幅值限定系數(shù)P，按照下式計算限幅器的當前最大限定幅值1PM3,并輸出至所述限幅器:
3.如權(quán)利要求1所述兩級式光伏逆變器，其特征在于，所述在0與初始最大限定幅值之間調(diào)整當前最大限定幅值，具體按照以下方法:根據(jù)溫度檢測模塊所檢測的溫度與所述溫度閾值的差值Ar,通過查詢預先建立的Ar - Al對應表獲得相應的電流幅值調(diào)整量AJ，越大則對應的越大;然后按照下式計算限幅器的當前最大限定幅值1PM32并輸出至所述限幅器:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩級式光伏逆變器，屬于電氣控制技術(shù)領域。本發(fā)明針對現(xiàn)有兩級式光伏逆變器，通過溫度閉環(huán)控制實時調(diào)整最大直流輸入電流指令限幅值，不僅能夠有效控制逆變器整體工作溫度，使發(fā)電量最大化，同時又解決了通過限制輸出電流指令方法可能造成的母線過壓問題。本發(fā)明不僅適用于單相系統(tǒng)，也適用于三相系統(tǒng)。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果1、防止逆變器頻繁關機，提高光伏逆變器的發(fā)電量。2、適合多級式光伏逆變器系統(tǒng)，在保證發(fā)熱量降低的情況下，又不會產(chǎn)生母線過壓。3、能自動保證輸入電壓調(diào)整方向，無需額外算法。
文檔編號H02M7/48GK103199724SQ20131014394
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者汪雪峰, 李志鵬, 薛峰, 夏明曄 申請人:常熟開關制造有限公司(原常熟開關廠)