并網逆變器的制造方法
【專利摘要】一種并網逆變器，包括功率電路和與功率電路耦接的控制電路。該功率電路具有用于耦接到DC電源的輸入端和用于耦接到AC電網的輸出端。該控制電路被配置成在不關閉功率電路的情況下第一次擾動功率電路的AC輸出電流并檢測功率電路的AC輸出電壓的第一變化，第二次擾動功率電路的AC輸出電流并且檢測功率電路的AC輸出電壓的第二變化，并且響應于至少檢測到AC輸出電壓的第一變化和AC輸出電壓的第二變化而關閉功率電路。還公開了示例實施方式和控制并網逆變器的相關方法。
【專利說明】并網逆變器

【技術領域】
[0001]本公開涉及用于檢測并網逆變器中的孤島效應條件的系統(tǒng)和方法。

【背景技術】
[0002]本章節(jié)提供與本公開相關的、不一定是現有技術的背景信息。
[0003]電逆變器是將直流(DC)電轉換為交流(AC)電的裝置。被設計用于耦接到AC電網的逆變器通常被稱為并網逆變器?！肮聧u效應”指的是如下條件:即使不再存在來自電業(yè)網絡的電力，并網逆變器仍繼續(xù)向某位置供電。孤島效應對公用事業(yè)公司的工人是危險的，這些工人可能沒有意識到電路依然被供電，并且孤島效應可能阻止裝置的自動重連。出于這些以及其他原因，并網逆變器通常包括用于檢測孤島效應條件并且用于在檢測到孤島效應條件時將逆變器與它們的負載(和電業(yè)網絡)斷開的控制電路。
實用新型內容
[0004]本章節(jié)提供本公開的一般概述，并非是其全部范圍或其全部特征的全面公開。
[0005]根據本公開的一個方面，一種并網逆變器，其包括功率電路和與功率電路耦接的控制電路。該功率電路具有用于耦接到DC電源的輸入端和用于耦接到AC電網的輸出端。該控制電路被配置成，在不關閉功率電路的情況下，第一次擾動功率電路的AC輸出電流并檢測功率電路的AC輸出電壓的第一變化，第二次擾動功率電路的AC輸出電流并且檢測功率電路的AC輸出電壓的第二變化,并且響應于至少檢測到AC輸出電壓的第一變化和AC輸出電壓的第二變化而關閉功率電路。
[0006]根據本公開的另一方面，公開了一種控制包括功率電路的并網逆變器的方法。該方法包括:在不關閉功率電路的情況下，第一次擾動功率電路的AC輸出電流，檢測功率電路的AC輸出電壓的第一變化，第二次擾動功率電路的AC輸出電流，檢測功率電路的AC輸出電壓的第二變化，以及響應于至少檢測到AC輸出電壓的第一變化和AC輸出電壓的第二變化而關閉功率電路。
[0007]根據這里提供的描述，其他應用方面和領域將變得清楚。應當理解，本公開的各個方面可以單獨實施或者與一個或更多個其他方面組合地實施。還應當理解，這里的描述和具體示例僅出于說明的目的，并非意在限制本公開的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]這里描述的附圖僅出于說明所選實施方式而非所有可能的實現方案的目的，并且并非意在限制本公開的范圍。
[0009]圖1是根據本公開的一個示例實施方式的逆變器的框圖，該逆變器包括用于檢測指示孤島效應條件的AC輸出電壓的變化的控制電路。
[0010]圖2不出了當圖1的負載不與AC電網連接時的AC輸出電流和AC輸出電壓的不例波形。
[0011]圖3示出了當圖1的負載與AC電網連接時的AC輸出電流和AC輸出電壓的示例波形。
[0012]圖4是根據另一個示例實施方式的逆變器的框圖，該逆變器包括用于檢測指示孤島效應條件的AC輸出電壓的變化的控制電路。
[0013]圖5是示出根據另一個示例實施方式的包括檢測例程和驗證例程的、用于檢測可能的孤島效應條件的示例例程的流程圖。
[0014]圖6A、6B示出了通過無源方法檢測到的來自具有孤島效應條件的3.5kW逆變器的AC輸出電流的示例波形。
[0015]圖7A和7B示出了通過無源方法檢測到的來自具有孤島效應條件的5kW逆變器的AC輸出電流的示例波形。
[0016]圖8A-8C示出了通過有源方法檢測到的來自具有孤島效應條件的3.5kW逆變器的AC輸出電流的示例波形。
[0017]圖9A-9C示出了通過有源方法檢測到的來自具有孤島效應條件的5kW逆變器的AC輸出電流的示例波形。
[0018]在若干附圖中相應的附圖標記指示相應的部分或特征。

【具體實施方式】
[0019]現將參照附圖更全面地描述示例實施方式。
[0020]示例實施方式被提供使得本公開將是全面的，并且將其范圍完整地傳達給本領域技術人員。大量具體細節(jié)被闡述，諸如特定組件、裝置和方法的示例，以提供本公開的實施方式的全面理解。對于本領域技術人員將顯見的是，不需要使用具體細節(jié)，示例實施方式可以以許多不同形式實施，并且這些都不應當被解釋成為對本公開的限制。在一些示例實施方式中，沒有詳細描述公知的處理、公知的裝置結構和公知的技術。
[0021]這里使用的術語僅出于描述特定示例實施方式的目的，而非意在成為限制。除非上下文清晰地指出其他情況，否則如這里使用的單數形式“一個(a、an)”和“該(the)”也可以旨在包括復數形式。術語“包括(comprises)”^包括(comprising)”^包含”和“具有”是內含性的，并且因此指明所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但并未排除一個或更多個其他的特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其群組的存在或添力口。除非具體標記為執(zhí)行的順序，否則這里描述的方法的步驟、處理和操作不應被解釋為必須要求以討論的或示出的特定順序執(zhí)行它們。還應理解，可以使用額外的或替選的步驟。
[0022]雖然這里可能使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不受這些術語的限制。這些術語可以僅用于將一個元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一個元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開來。除非上下文清楚地指示，否則這里使用的諸如“第一”、“第二”的術語和其他數字術語并非意味著順序或次序。因此，在不偏離示例實施方式的教導的情況下，下面討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。
[0023]這里可能使用空間關系術語，諸如“內”、“外”、“下方”、“下面”、“下”、“上面”、“上”
等，用于易于描述如圖中示出的一個元件或特征與其他元件或特征的關系。空間關系術語可以旨在涵蓋除了圖中所示取向以外的、在使用或操作中的裝置的不同取向。例如，如果圖中的裝置被倒轉，則被描述為在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件將被取向為在其他元件或特征“上面”。因此，示例術語“下面”可以涵蓋上面和下面兩者的取向。裝置可能被另外取向(旋轉90度或在其他取向上)并且據此解釋這里使用的空間關系描述符。
[0024]在圖1中示出了并且通常由附圖標記100指示根據本公開的一個示例實施方式的并網逆變器。如圖1所示，逆變器100包括功率電路102和耦接到功率電路102的控制電路104。功率電路102具有用于耦接到DC電源120的輸入端106和用于耦接到AC電網110的輸出端108。
[0025]控制電路104在不關閉功率電路102的情況下擾動功率電路102的AC輸出電流并且然后檢測功率電路102的AC輸出電壓的變化。控制電路104然后再次擾動AC輸出電流并且然后再次檢測AC輸出電壓的變化。
[0026]響應于檢測到AC輸出電壓的初始變化和AC輸出電壓的后續(xù)變化，控制電路104關閉功率電路102。替選地，在檢測到AC輸出電壓的兩個以上的變化后關閉功率電路102。例如，在一些實施方式中，控制電路104可以在檢測到AC輸出電壓的三個變化、AC輸出電壓的四個變化等以后關閉功率電路102。
[0027]檢測到的AC輸出電壓的變化可能是孤島效應條件的指示。在一些實施方式中，如果檢測到的變化大于或等于該變化之前的AC輸出電壓的限定值，則檢測到的變化是孤島效應條件的指示。該限定值可以是大約百分之四、小于百分之四、大于百分之四等，并且在一些條件下，基于AC輸出電流的擾動。
[0028]例如，圖2示出了當電網110與負載112斷開時的、擾動的AC輸出電流和得到的AC輸出電壓的示例波形。如圖2所示，AC輸出電流的變化產生AC輸出電壓的成正比的變化(由附圖標記122指示)。因此，AC輸出電壓的變化(例如，在擾動AC輸出電流之前的AC輸出電壓和AC輸出電流被擾動時的AC輸出電壓之間的變化河能大于限定值。如上所述，這可能指示孤島效應條件。
[0029]在其他情況下，檢測到的AC輸出電壓的變化可能是假陽性。例如，檢測到的AC輸出電壓的變化可能不是孤島效應條件，相反可能是由于包括例如電力線下垂(sag)(例如節(jié)電等)、失真等的電網動態(tài)條件和/或電網參數產生的。通過這種方式，基于檢測到的AC輸出電壓的變化的一個實例來指示孤島效應條件可能是不可靠的。
[0030]例如，圖3示出了對AC輸出電壓的影響最小的擾動的AC輸出電流的示例波形。這可能是因為電網110 (如果連接到負載112)向負載112提供足夠的電力來抵消(由電流調節(jié)引起的)電力的暫時變化，使用多個逆變器來抵消電力的暫時變化等。
[0031]回來參照圖1，為了驗證檢測到的AC輸出電壓的變化是孤島效應條件，控制電路104至少再一次擾動AC輸出電流并且然后再次檢測AC輸出電壓。如果AC輸出電壓的后續(xù)變化大于限定值，則孤島效應條件被驗證。以這種方式，控制電路104驗證AC輸出電壓的初始變化是孤島效應條件。
[0032]另外，雖然本公開描述了一次驗證檢測到的AC輸出電壓的變化，但是應當理解，在不偏離本公開的范圍的情況下，該驗證可以進行不止一次。
[0033]在圖1的示例中，控制電路104可以僅在AC輸出電壓的初始變化大于或等于初始變化前的AC輸出電壓的限定值(如上所述)時在后續(xù)時間擾動功率電路102的AC輸出電流。例如，在擾動AC輸出電流以后，AC輸出電壓從240VAC變化到220VAC。AC輸出電壓的該20VAC的變化大約是240VAC的8.3%，并且因而大于百分之四的限定值。因而，在該示例中，控制電路104將在后續(xù)時間擾動功率電路102的AC輸出電流。
[0034]響應于驗證孤島效應條件(例如檢測到AC輸出電壓的至少一個后續(xù)的變化)，控制電路104關閉功率電路102。功率電路102可以以任何合適的方式被關閉。例如，如圖1所示，功率電路102可以包括一個或更多個功率開關118，并且控制電路104可以向功率開關118提供具有占空周期的信號。控制電路104可以通過將占空周期設定為零來關閉功率電路 102。
[0035]AC輸出電流的擾動和AC輸出電壓的變化的后續(xù)檢測可以被稱作阻抗測量。
[0036]控制電路104可以通過減少AC輸出電流或增加AC輸出電流來擾動AC輸出電流。例如通過改變控制電路102內的電流基準，其接著改變AC輸出電流，可以實現擾動。AC輸出電流的擾動可以持續(xù)任何期望的時間。例如，該擾動可能持續(xù)大約一個AC周期、小于一個AC周期或者大于一個AC周期的間隔。
[0037]AC輸出電流的擾動可能引起AC輸出電壓的相似變化。在不關閉功率電路102的情況下AC輸出電壓的變化被控制電路104檢測到。在一些示例實施方式中，當AC輸出電流被擾動時，可以在大約一個AC周期內檢測到AC輸出電壓的變化，包括當AC輸出電流被擾動時，小于一個AC周期、精確的一個AC周期或者大于一個AC周期。出于這個目的，可以在擾動之后的AC輸出電壓周期期間的特定時刻(諸如負峰值、正峰值等)對AC輸出電壓進行采樣，或者替換地，在擾動之后的AC輸出電壓周期期間對AC輸出電壓進行多次采樣并且對樣本取平均。無論采用什么方法，可以將AC輸出電壓的變化與擾動前的AC輸出電壓值進行比較以檢測AC輸出電壓的變化。
[0038]為了檢測變化，可以在AC輸出電流擾動的整個期間內對AC輸出電壓進行感測、測量等，或者在該期間內對AC輸出電壓進行一次或更多次感測、測量等。另外，可以通過使用任何合適的度量，諸如峰值電壓、平均電壓、均方根(rms)等，對AC輸出電壓進行感測、測量坐寸ο
[0039]例如，控制電路104可以對擾動AC輸出電流之前的AC輸出電壓進行感測、測量等并且然后在AC輸出電流擾動期間對AC輸出電壓進行感測、測量等。然后控制電路104可以比較這兩個值來檢測AC輸出電壓的變化。
[0040]在圖1的示例中，功率電路102可以經由繼電器114耦接到負載112。在一些實施方式中，響應于AC輸出電壓的后續(xù)變化，控制電路104可以斷開繼電器114。以這種方式，一旦孤島效應條件被驗證，則可以將功率電路102從負載112斷開。替選地，繼電器114可以響應于關閉功率電路102 (如上所述)而斷開。例如，在功率電路102關閉后，AC輸出電力開始減少。在AC電力的一個或更多個參數(例如電壓幅度、頻率等)落在操作的限定范圍以外后，繼電器114可以斷開。這樣，可以將功率電路102從負載112斷開。
[0041]繼電器114可以是任何合適的繼電器，包括例如電磁繼電器等。另外，雖然圖1示出了繼電器114與功率電路102分離，但是繼電器也可以在功率電路102內部。
[0042]另外，在圖1的示例中，DC電源120可以包括例如分布式發(fā)電(DG)源或者任何其他合適的DC電源。DG源可以包括一個或更多個分布的能量源，包括例如太陽能電源、風能電源等。
[0043]另外，在圖1的示例中，逆變器100經由繼電器114電耦接到AC電網110。以這種方式，當繼電器114被接通時，圖1的逆變器100是并網逆變器。
[0044]如圖1所示，功率電路102的輸出端108經由繼電器114耦接到負載112(例如寫字樓、住宅等)。以這種方式，負載112可以從AC電網110和/或功率電路102接收AC電力。雖然圖1的示例中示出了一個負載112，但是不止一個負載可以耦接到功率電路102和/或電網110。另外，雖然圖1示出了輸出端108耦接到繼電器114的輸入側，但是輸出端108可以在繼電器114的輸出側耦接(例如耦接在負載112和功率電路102的感測參數116之間)。
[0045]如圖1的示例中所示，控制電路104可以感測功率電路102的參數116來控制功率電路102、繼電器114、其他電力轉換組件(未示出)等。另外，感測的參數116可以協(xié)助檢測AC輸出電壓的變化，如上所述AC輸出電壓的變化可以指示孤島效應條件。例如，參數116可以是輸出電壓、輸出電流等。雖然圖1的示例中僅示出一個感測的參數，但是如果需要可以感測多個參數。另外，雖然示出的參數116是從功率電路102的輸出感測的，但是可以從任何合適的位置感測參數116和/或另外的參數。
[0046]圖4示出了并網逆變器200的示例，并網逆變器200包括功率電路和繼電器(共同稱為功率電路202)，以及耦接到功率電路202的控制電路204。功率電路202的輸出耦接到AC電網210 (經由開關裝置SW)和負載212。雖然圖4的示例示出了負載212作為包括電阻器、電感器和電容器(RLC)的負載，但是任何合適的負載可以被耦接到功率電路202。
[0047]雖然圖4的示例將繼電器和功率電路示為一個模塊，但是本領域技術人員應當清楚，在不偏離本公開的范圍的情況下，繼電器和功率電路可以是分離的模塊。
[0048]在圖4的示例中，控制電路204可以使用有源方法(例如上述阻抗測量等)和/或無源方法來檢測可能的孤島效應條件。優(yōu)選地，同時(但獨立地)使用這兩種方法來檢測可能的孤島效應條件。例如，在不平衡負載條件期間，無源方法可以比有源方法更快地檢測到可能的孤島效應條件。但是，在平衡負載條件期間，可以使用有源方法來檢測可能的孤島效應條件。
[0049]控制電路204可以采用與上述控制電路104相同的特性。例如，控制電路204感測AC輸出電壓Vac并且存儲表示感測的AC輸出電壓Vac的值?？刂齐娐?04然后通過例如改變控制電路202的電流基準(例如圖4的DC基準Iref)來擾動AC輸出電流Ιο。
[0050]AC輸出電流1可以被調整到任何合適的水平。在一些實施方式中，AC輸出電流1可以減少約百分之十二( 12%)。在一些實施方式中，可以選擇AC輸出電流1的調整值來獲得AC輸出電壓的期望的變化。另外，AC輸出電流的調整值可以根據逆變器200的實現和功率而改變。
[0051]當AC輸出電流1被擾動時，可以再次感測AC輸出電壓Vac。例如，可以在AC輸出電流1被擾動后的任何點感測該AC輸出電壓Vac。優(yōu)選地，當AC輸出電流1被擾動時在一個AC周期內感測AC輸出電壓Vac?？刂齐娐?04可以存儲表示該感測的AC輸出電壓Vac的另一值。
[0052]可以比較兩個感測的AC輸出電壓來確定AC輸出電壓Vac的變化。當AC輸出電壓Vac的該變化超過限定值時，可能存在孤島效應條件(如上所述)。
[0053]如果AC輸出電壓Vac指示孤島效應條件，則控制電路204可以暫時標記并存儲該條件。例如，控制電路204可以在每次出現孤島效應條件時使計數器(圖2未示出)遞增值I。替選地，如果AC輸出電壓Vac的變化不超過限定值，則計數器可以清零。
[0054]控制電路204然后通過再次擾動AC輸出電流1并且檢測AC輸出電壓Vac的另一個變化來驗證檢測到的AC輸出電壓Vac的變化是孤島效應條件的指示。如果AC輸出電壓Vac的后續(xù)變化大于限定值，則孤島效應條件被驗證。
[0055]如果AC輸出電壓的后續(xù)變化大于限定值，則控制電路204可以標記該條件并且向電網210的監(jiān)控和報告系統(tǒng)發(fā)送合適的通信。另外，控制電路204可以關閉功率電路，如同上述參照圖1所述的那樣。在關閉功率電路202以后，繼電器可以斷開以將功率電路202從負載212斷開。
[0056]在每次AC輸出電流1擾動后，控制電路204可以通過改變DC電流基準Iref將AC輸出電流1調整回初始的AC輸出電流1水平。另外，可以將在相反方向上表示擾動電流的幅度的電流變化量(delta)添加到DC電流基準Iref。電流變化量可以平衡功率電路202的大容量電容器(未示出)的能量。但是，如果開關SW被接通，則該電流變化量可以向電網210提供動態(tài)電流。替選地，在一些實施方式中，因為AC輸出電流1可以在數個AC周期之后平衡大容量電容器內的能量，所以可以不添加電流變化量。
[0057]控制電路204可以票決的方式檢測AC輸出電壓Vac的變化。例如，控制電路204可以在一個或更多個AC周期內完成檢測指示孤島效應條件的AC輸出電壓Vac的變化的例程(例如檢測例程)以及檢測AC輸出電壓的后續(xù)變化的例程(例如驗證例程)。
[0058]每個檢測例程和/或每個驗證例程可以在AC周期的過零點處開始。例如，AC輸出電流1可以在AC輸出電流1的過零點處被擾動(例如通過改變DC電流基準Iref )。這可以與在每個AC周期的過零點被更新的逆變器200的DC基準Iref —致，以減少逆變器200的電流失真。因而，當AC輸出電流1通過DC基準Iref被擾動時，得到的AC輸出電流1的變化將持續(xù)一個AC周期。另外，得到的AC輸出電壓的變化(如果存在)將在該一個AC周期內與擾動的AC輸出電流同步。因此，對AC輸出電壓的該變化的檢測可以在AC輸出電流1被擾動的同一過零點處開始。
[0059]另外，每個檢測例程的間隔可以是任何期望的間隔。優(yōu)選地，限定該檢測例程間隔，使得該例程對功率電路202 (例如最大功率點跟蹤(MPPT)效率等)和/或逆變器200的影響極少或沒有。
[0060]例如，可以將檢測例程間隔設定為小于安全機構所需的時間(例如IEEE限定的兩秒)的時間。在一些實施方式中，可以將檢測例程間隔設定為安全機構所需的時間的四分之一(1/4)、安全機構所需的時間的二分之一(1/2)等。這將確保可以在最小的安全機構所需的時間內執(zhí)行檢測例程間隔。優(yōu)選地，檢測例程間隔大約是一秒或者更小，以限制擾動對功率電路202和/或逆變器200的其他功能的影響。
[0061]替選地，可以通過按照期望的孤島效應檢測(包括驗證)次數來劃分期望的跳閘時間(trip time)(例如安全機構所需的時間)來設定檢測例程間隔。例如，期望的孤島效應檢測次數可以是二(如上參照圖1所述)、三、四等。
[0062]在其他實施方式中，檢測例程間隔可以是特定數目的周期、半周期(例如100個半周期等)等。例如，在60Hz下，在兩秒的安全機構所需的時間內有大約119個周期。因而，每個檢測例程間隔的特定數目的周期可以是被期望的孤島效應檢測劃分的大約119個周期(如上所述)。
[0063]驗證例程的間隔(例如后續(xù)擾動AC輸出電流1和檢測AC輸出電壓Vac的變化)可能是與檢測例程間隔相同的間隔。替選地，該間隔可以更短或更長。例如，該間隔可以被設定為6個半周期、8個半周期、10個半周期等。
[0064]圖5示出了包括如上所述的檢測例程和驗證例程的一個示例例程。在電網電壓的過零點處在每個第η個半周期執(zhí)行圖5的示例例程。該示例例程可以被編碼到指令中并且被這里公開的控制電路執(zhí)行。在圖5中，AV_OV_Crossing對應于電網電壓的過零點；icount對應于用于確保每個第η個半周期執(zhí)行示例例程的計數器的狀態(tài);ACV對應于交流電壓；kIMULT對應于從反孤島控制輸出的電流；以及kVRAT1對應于變壓器的初級側電壓和次級側電壓之間的比。
[0065]回來參照圖4的示例，控制電路204接收表示感測的AC輸出電壓Vac、AC輸出電流1和輸入電壓Vin的模擬信號。如上面更進一步解釋的，可以以任何合適的方式對AC輸出電壓Vac、AC輸出電流1和輸入電壓Vin進行感測、測量等。優(yōu)選地，使用AC電壓波形和AC電流波形的不止一個點的平均值來分別測量AC輸出電壓Vac和AC輸出電流Ιο?？梢酝ㄟ^模擬-數字轉換器(ADC) 206來對每個信號進行采樣。然后可以通過軟件操縱數字化的信號。
[0066]如圖4所示，變壓器216耦接在控制電路204和電網210之間以提供控制電路204和電網210之間的隔離。變壓器216可以是任何合適的變壓器，包括例如低頻變壓器。雖然圖4中沒有示出，但是在變壓器216和控制電路204之間可以耦接整流器。整流器可以減少由于來自功率電路202的一個或更多個二極管(未示出)的DC偏置引起的電壓偏移。在一些優(yōu)選的實施方式中，整流器可以包括精密整流器(例如耦合為半波整流器的運算放大器和二極管)來使該偏移最小。
[0067]在圖4的示例中，控制電路204還包括反孤島效應控制226。反孤島效應控制226控制如上所述的對AC輸出電流1的擾動和對AC輸出電壓Vac的變化的檢測。另外，反孤島效應控制226生成輸出kMult。
[0068]控制電路204可以使功率電路202的輸出與電網210同步。該同步部分地使用鎖相環(huán)(PLL)控制224來獲得。PLL控制224生成與電網210同步的正弦輸出B。如下文進一步描述的，該正弦輸出B可以用于生成與期望的負載成比例的正弦電流基準C。PLL控制224可以是例如軟件PLL、DQ PLL等。另外，PLL控制224還可以設定在控制電路204內使用的頻率。例如，該頻率可以是PLL控制224完成一個AC周期的時間的倒數。
[0069]另外，控制電路204可以以各種方式控制功率電路202的輸出。在圖4的示例中，控制電路204包括負載控制208 (耦接到ADC206)。負載控制208通過輸入電壓調節(jié)控制來控制功率電路202。替選地，控制電路204可以在MPPT負載控制中操作。
[0070]如圖4的示例中所示，負載控制208生成DC基準Iref。負載控制208可以根據需要更新DC基準Iref (并且因此如上所述更新AC輸出電流Ιο)。例如，負載控制208可以與去往開關裝置(例如功率電路202的開關裝置214)的脈寬調制(PWM)信號、該PWM信號的倍數等一樣快地更新DC基準Iref。在其他的實施方式中，負載控制208可以以PWM信號的頻率為模更新DC基準Iref。替選地，假定大容量電容器(圖4未示出)足夠大到保存充足的能量，則可以以較慢的速率更新DC基準Iref，包括每半個AC周期、單個AC周期、多個AC周期等。[0071 ] 在一些優(yōu)選實施方式中并且如上文所述，負載控制208可以在AC過零點處更新DC基準Iref，因此不會引入不必要的動力學因素。另外，為了改善諧波，可以使用單個AC周期更新來平衡半周期電流。
[0072]如圖4所示，控制電路204還包括與ADC206耦接的監(jiān)督控制218。監(jiān)督控制218接收來自PLL控制224、反孤島效應控制226和ADC206的信號。監(jiān)督控制218向數字脈寬調制(DPWM)控制222提供信號以禁用一個或更多個PWM信號，用來關閉功率電路202 (如上所述)。監(jiān)督控制218還可以提供信號以斷開/接通繼電器，使得功率電路202可以從負載212斷開或連接到負載212。另外，監(jiān)督控制218可以提供欠壓保護、過壓保護、欠頻保護、過頻保護等。
[0073]在圖4的示例中，負載控制208的DC基準Iref和反孤島效應控制226的輸出kMult相乘以生成輸出A。然后輸出A和PLL控制224的正弦輸出B相乘以生成正弦電流基準C。然后將該正弦電流基準C與感測的AC輸出電流1進行比較來生成被應用于比例積分(PI)補償器220的輸出D。PI補償器220向DPWM控制222提供輸出信號。DPWM控制222向功率電路202的一個或更多個開關裝置(例如開關裝置214)提供一個或更多個PWM信號。以這種方式，控制電路204提供功率電路202的閉環(huán)、平均模式電流控制。
[0074]測試已表明，這里公開的控制電路提供了安全機構所需的時間內的孤島效應條件檢測和驗證。例如，圖6A和6B示出了來自具有-5% (圖6A)和+5% (圖6B)的不平衡的無功電感器和電容器功率的100%負載下的3.5kff逆變器的AC輸出電流的示例波形。AC輸出電流被提供給RLC負載。如圖6A、6B所示，點A指示AC電網從RLC負載斷開的情況，并且點B指示3.5kff逆變器從RLC負載斷開的情況。
[0075]如圖6A所示，通過擾動AC輸出電流(通常由附圖標記600指示)開始檢測孤島效應條件的有源方法。但是，因為無源方法在不平衡負載下檢測孤島效應條件更快，所以首先通過頻移的無源方法檢測孤島效應條件。如圖6A和6B所示，在96毫秒和90.8毫秒分別檢測孤島效應條件。
[0076]類似地，圖7A和7B圖示了來自具有和_5% (圖7A)和+5% (圖7B)的不平衡的無功電感器和電容器功率的100%負載下的5Kw逆變器的AC輸出電流的示例波形。如圖7A和7B所示，點A指示AC電網從RLC負載斷開的情況，并且點B指示5kW逆變器從RLC負載斷開的情況。通過頻移的無源方法檢測孤島效應條件(與圖6A、6B相似)。如圖7A和7B所示，在79.2毫秒和102毫秒分別檢測孤島效應條件。
[0077]在一些情況下，可能出現使得檢測不到孤島效應條件的環(huán)境。這些環(huán)境可以包括例如逆變器耦接到平衡負載而控制逆變器的控制電路使用無源模式來檢測可能的孤島效應條件。當諸如這種環(huán)境的情況出現時，控制電路可以使用這里公開的示例實施方式來可靠地檢測并驗證孤島效應條件。
[0078]例如，圖8A、8B和8C示出了來自分別具有33%、66%和100%的平衡的負載的3.5kff逆變器的AC輸出電流的示例波形800A、800B和800C。如圖8A、8B和8C所示，點A指示AC電網從RLC負載斷開的情況，并且點B指示3.5kff逆變器從RLC負載斷開的情況。
[0079]如上所述，控制3.5kff逆變器的控制電路擾動AC輸出電流并且檢測AC輸出電壓的變化。如圖8A、8B和8C所示，附圖標記804A、804B、804C通常表示AC輸出電流被擾動的情況。另外，如圖8A、8B和8C所示，在1.20秒、988毫秒和1.04秒分別檢測孤島效應條件。
[0080]類似地，圖9A、9B和9C示出了來自分別具有33%負載、66%負載和100%負載的平衡負載的5kW逆變器的AC輸出電流的示例波形900A、900B和900C。如圖8A、8B和8C所示，點A指示AC電網從RLC負載斷開的情況，并且點B指示3.5kff逆變器從RLC負載斷開的情況。另外，附圖標記904A、904B、904C通常表示AC輸出電流被擾動的情況。如圖9A、9B和9C所示，在1.46秒、1.60秒和1.54秒分別檢測孤島效應條件。
[0081]這里描述的功率電路可以是能夠將DC電力轉換為AC電力的任何合適的逆變器。例如，功率電路可以是太陽能逆變器、微逆變器等。另外，如果需要，逆變器可以耦接到其他電力轉換組件(例如DC-DC轉換器等)。
[0082]這里公開的控制電路可以包括模擬控制電路、數字控制電路(例如數字信號控制器(DSC)、數字信號處理器(DSP)等)或者混合控制電路(例如數字控制單元和模擬電路)以實現這里公開的示例例程和/或控制這里公開的逆變器。
[0083]控制電路可以以極小的成本或沒有額外成本地提供可靠的孤島效應檢測和驗證系統(tǒng)，同時提供相對容易的實現方案。測試已表明，在沒有孤島效應條件下，沒有觀察到由于孤島效應檢測和驗證系統(tǒng)引起的逆變器跳閘、關閉等的實例。另外，通過使用控制電路來檢測和驗證孤島效應條件，對系統(tǒng)內的總諧波失真(THD )、諧波、功率因數(PF)、MPPT等的影響極小或沒有。
[0084]根據上述可知，本實用新型的實施例包括但不限于以下技術方案:
[0085]方案1.一種并網逆變器，包括:
[0086]功率電路，具有用于耦接到直流DC電源的輸入端和用于耦接到交流AC電網的輸出端；以及
[0087]控制電路，耦接到所述功率電路，所述控制電路被配置成，在不關閉所述功率電路的情況下，第一次擾動所述功率電路的AC輸出電流并檢測所述功率電路的AC輸出電壓的第一變化，第二次擾動所述功率電路的所述AC輸出電流并且檢測所述功率電路的所述AC輸出電壓的第二變化，并且響應于至少檢測到所述AC輸出電壓的所述第一變化和所述AC輸出電壓的所述第二變化而關閉所述功率電路。
[0088]方案2.根據方案I所述的并網逆變器，其中，所述功率電路包括至少一個功率開關，其中所述控制電路被配置成向所述至少一個功率開關提供具有占空周期的信號，并且其中所述控制電路被配置成通過將所述占空周期設定為零來關閉所述功率電路。
[0089]方案3.根據方案I所述的并網逆變器，其中，所述控制電路被配置成當所述AC輸出電流被第一次擾動時在大約一個AC周期內檢測所述AC輸出電壓的所述第一變化。
[0090]方案4.根據方案I所述的并網逆變器，其中，所述控制電路被配置成在所述AC輸出電流的過零點處擾動所述AC輸出電流。
[0091]方案5.根據方案I所述的并網逆變器，其中，所述控制電路被配置成在第一間隔內第一次擾動所述AC輸出電流并檢測所述AC輸出電壓的所述第一變化，其中所述控制電路被配置成在第二間隔內第二次擾動所述AC輸出電流并檢測所述AC輸出電壓的所述第二變化，并且其中所述第二間隔比所述第一間隔短。
[0092]方案6.根據方案I至5中任一項所述的并網逆變器，其中，所述控制電路被配置成僅當所述AC輸出電壓的所述第一變化大于或等于所述第一變化之前的所述AC輸出電壓的大約百分之四時才第二次擾動所述AC輸出電流。
[0093]方案7.—種控制包括功率電路的并網逆變器的方法，所述方法包括:
[0094]在不關閉所述功率電路的情況下，
[0095]第一次擾動所述功率電路的交流AC輸出電流，
[0096]檢測所述功率電路的AC輸出電壓的第一變化，
[0097]第二次擾動所述功率電路的所述AC輸出電流，
[0098]檢測所述功率電路的所述AC輸出電壓的第二變化，以及
[0099]響應于至少檢測到所述AC輸出電壓的所述第一變化和所述AC輸出電壓的所述第二變化而關閉所述功率電路。
[0100]方案8.根據方案7所述的方法，其中，所述功率電路包括至少一個功率開關，并且其中關閉所述功率電路包括將去往所述至少一個功率開關的信號的占空周期設定為零。
[0101]方案9.根據方案7所述的方法，還包括:響應于關閉所述功率電路，將所述功率電路從負載斷開。
[0102]方案10.根據方案7至9中任一項所述的方法，其中第二次擾動所述AC輸出電流包括:僅當所述AC輸出電壓的所述第一變化大于或等于所述第一變化之前的所述AC輸出電壓的大約百分之四時才第二次擾動所述AC輸出電流。
[0103]上述實施方式的描述是出于說明和描述的目的而提供的。其并非旨在是無遺漏的或限制本公開。即使沒有具體示出或描述，特定實施方式的各個元件或特征通常不限于該特定實施方式，而是在適當的情況下，是可互換的并且可以用在所選的實施方式中。這些實施方式還可以以許多方式變形。這些變形不被視作偏離本公開，并且所有這些修改都應當包含在本公開的范圍內。
【權利要求】
1.一種并網逆變器，包括: 功率電路，具有用于耦接到直流DC電源的輸入端和用于耦接到交流AC電網的輸出端；以及 控制電路，耦接到所述功率電路，所述控制電路被配置成，在不關閉所述功率電路的情況下，第一次擾動所述功率電路的AC輸出電流并檢測所述功率電路的AC輸出電壓的第一變化，第二次擾動所述功率電路的所述AC輸出電流并且檢測所述功率電路的所述AC輸出電壓的第二變化，并且響應于至少檢測到所述AC輸出電壓的所述第一變化和所述AC輸出電壓的所述第二變化而關閉所述功率電路。
2.根據權利要求1所述的并網逆變器，其中，所述功率電路包括至少一個功率開關，其中所述控制電路被配置成向所述至少一個功率開關提供具有占空周期的信號，并且其中所述控制電路被配置成通過將所述占空周期設定為零來關閉所述功率電路。
3.根據權利要求1所述的并網逆變器，其中，所述控制電路被配置成當所述AC輸出電流被第一次擾動時在大約一個AC周期內檢測所述AC輸出電壓的所述第一變化。
4.根據權利要求1所述的并網逆變器，其中，所述控制電路被配置成在所述AC輸出電流的過零點處擾動所述AC輸出電流。
5.根據權利要求1所述的并網逆變器，其中，所述控制電路被配置成在第一間隔內第一次擾動所述AC輸出電流并檢測所述AC輸出電壓的所述第一變化，其中所述控制電路被配置成在第二間隔內第二次擾動所述AC輸出電流并檢測所述AC輸出電壓的所述第二變化，并且其中所述第二間隔比所述第一間隔短。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的并網逆變器，其中，所述控制電路被配置成僅當所述AC輸出電壓的所述第一變化大于或等于所述第一變化之前的所述AC輸出電壓的大約百分之四時才第二次擾動所述AC輸出電流。
【文檔編號】H02M7/48GK204145326SQ201420093311
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權日:2013年3月4日
【發(fā)明者】維賈伊·甘加達爾·帕德克, 揚西·豐塔尼拉·博卡托 申請人:雅達電子國際有限公司