用于检测并网逆变器中的孤岛效应条件的系统和方法
【专利摘要】一种并网逆变器，包括功率电路和与功率电路耦接的控制电路。该功率电路具有用于耦接到DC电源的输入端和用于耦接到AC电网的输出端。该控制电路被配置成在不关闭功率电路的情况下第一次扰动功率电路的AC输出电流并检测功率电路的AC输出电压的第一变化，第二次扰动功率电路的AC输出电流并且检测功率电路的AC输出电压的第二变化，并且响应于至少检测到AC输出电压的第一变化和AC输出电压的第二变化而关闭功率电路。还公开了示例实施方式和控制并网逆变器的相关方法。
【专利说明】用于检测并网逆变器中的孤岛效应条件的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于检测并网逆变器中的孤岛效应条件的系统和方法。
【背景技术】
[0002]本章节提供与本公开相关的、不一定是现有技术的背景信息。
[0003]电逆变器是将直流(DC)电转换为交流(AC)电的装置。被设计用于耦接到AC电网的逆变器通常被称为并网逆变器。“孤岛效应”指的是如下条件:即使不再存在来自电业网络的电力，并网逆变器仍继续向某位置供电。孤岛效应对公用事业公司的工人是危险的，这些工人可能没有意识到电路依然被供电，并且孤岛效应可能阻止装置的自动重连。出于这些以及其他原因，并网逆变器通常包括用于检测孤岛效应条件并且用于在检测到孤岛效应条件时将逆变器与它们的负载(和电业网络)断开的控制电路。
【发明内容】
[0004]本章节提供本公开的一般概述，并非是其全部范围或其全部特征的全面公开。
[0005]根据本公开的一个方面，一种并网逆变器，其包括功率电路和与功率电路耦接的控制电路。该功率电路具有用于耦接到DC电源的输入端和用于耦接到AC电网的输出端。该控制电路被配置成，在不关闭功率电路的情况下，第一次扰动功率电路的AC输出电流并检测功率电路的AC输出电压的第一变化，第二次扰动功率电路的AC输出电流并且检测功率电路的AC输出电压的第二变化,并且响应于至少检测到AC输出电压的第一变化和AC输出电压的第二变化而关闭功率电路。
[0006]根据本公开的另一方面，公开了一种控制包括功率电路的并网逆变器的方法。该方法包括:在不关闭功率电路的情况下，第一次扰动功率电路的AC输出电流，检测功率电路的AC输出电压的第一变化，第二次扰动功率电路的AC输出电流，检测功率电路的AC输出电压的第二变化，以及响应于至少检测到AC输出电压的第一变化和AC输出电压的第二变化而关闭功率电路。
[0007]根据这里提供的描述，其他应用方面和领域将变得清楚。应当理解，本公开的各个方面可以单独实施或者与一个或更多个其他方面组合地实施。还应当理解，这里的描述和具体示例仅出于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]这里描述的附图仅出于说明所选实施方式而非所有可能的实现方案的目的，并且并非意在限制本公开的范围。
[0009]图1是根据本公开的一个示例实施方式的逆变器的框图，该逆变器包括用于检测指示孤岛效应条件的AC输出电压的变化的控制电路。
[0010]图2不出了当图1的负载不与AC电网连接时的AC输出电流和AC输出电压的不例波形。[0011]图3示出了当图1的负载与AC电网连接时的AC输出电流和AC输出电压的示例波形。
[0012]图4是根据另一个示例实施方式的逆变器的框图，该逆变器包括用于检测指示孤岛效应条件的AC输出电压的变化的控制电路。
[0013]图5是示出根据另一个示例实施方式的包括检测例程和验证例程的、用于检测可能的孤岛效应条件的示例例程的流程图。
[0014]图6A、6B示出了通过无源方法检测到的来自具有孤岛效应条件的3.5kW逆变器的AC输出电流的示例波形。
[0015]图7A和7B示出了通过无源方法检测到的来自具有孤岛效应条件的5kW逆变器的AC输出电流的示例波形。
[0016]图8A-8C示出了通过有源方法检测到的来自具有孤岛效应条件的3.5kW逆变器的AC输出电流的示例波形。
[0017]图9A-9C示出了通过有源方法检测到的来自具有孤岛效应条件的5kW逆变器的AC输出电流的示例波形。
[0018]在若干附图中相应的附图标记指示相应的部分或特征。
【具体实施方式】
[0019]现将参照附图更 全面地描述示例实施方式。
[0020]示例实施方式被提供使得本公开将是全面的，并且将其范围完整地传达给本领域技术人员。大量具体细节被阐述，诸如特定组件、装置和方法的示例，以提供本公开的实施方式的全面理解。对于本领域技术人员将显见的是，不需要使用具体细节，示例实施方式可以以许多不同形式实施，并且这些都不应当被解释成为对本公开的限制。在一些示例实施方式中，没有详细描述公知的处理、公知的装置结构和公知的技术。
[0021]这里使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而非意在成为限制。除非上下文清晰地指出其他情况，否则如这里使用的单数形式“一个(a、an)”和“该(the)”也可以旨在包括复数形式。术语“包括(comprises)”^包括(comprising)”^包含”和“具有”是内含性的，并且因此指明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并未排除一个或更多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非具体标记为执行的顺序，否则这里描述的方法的步骤、处理和操作不应被解释为必须要求以讨论的或示出的特定顺序执行它们。还应理解，可以使用额外的或替选的步骤。
[0022]虽然这里可能使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不受这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。除非上下文清楚地指示，否则这里使用的诸如“第一”、“第二”的术语和其他数字术语并非意味着顺序或次序。因此，在不偏离示例实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分。
[0023]这里可能使用空间关系术语，诸如“内”、“外”、“下方”、“下面”、“下”、“上面”、“上”
等，用于易于描述如图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。空间关系术语可以旨在涵盖除了图中所示取向以外的、在使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果图中的装置被倒转，则被描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将被取向为在其他元件或特征“上面”。因此，示例术语“下面”可以涵盖上面和下面两者的取向。装置可能被另外取向(旋转90度或在其他取向上)并且据此解释这里使用的空间关系描述符。
[0024]在图1中示出了并且通常由附图标记100指示根据本公开的一个示例实施方式的并网逆变器。如图1所示，逆变器100包括功率电路102和耦接到功率电路102的控制电路104。功率电路102具有用于耦接到DC电源120的输入端106和用于耦接到AC电网110的输出端108。
[0025]控制电路104在不关闭功率电路102的情况下扰动功率电路102的AC输出电流并且然后检测功率电路102的AC输出电压的变化。控制电路104然后再次扰动AC输出电流并且然后再次检测AC输出电压的变化。
[0026]响应于检测到AC输出电压的初始变化和AC输出电压的后续变化，控制电路104关闭功率电路102。替选地，在检测到AC输出电压的两个以上的变化后关闭功率电路102。例如，在一些实施方式中，控制电路104可以在检测到AC输出电压的三个变化、AC输出电压的四个变化等以后关闭功率电路102。
[0027]检测到的AC输出电压的变化可能是孤岛效应条件的指示。在一些实施方式中，如果检测到的变化大于或等于该变化之前的AC输出电压的限定值，则检测到的变化是孤岛效应条件的指示。该限定值可以是大约百分之四、小于百分之四、大于百分之四等，并且在一些条件下，基于AC输出电流的扰动。
[0028]例如，图2示出了当电网110与负载112断开时的、扰动的AC输出电流和得到的AC输出电压的示例波形。如图2所示，AC输出电流的变化产生AC输出电压的成正比的变化(由附图标记122指示)。因此，AC输出电压的变化(例如，在扰动AC输出电流之前的AC输出电压和AC输出电流被扰动时的AC输出电压之间的变化河能大于限定值。如上所述，这可能指示孤岛效应条件。
[0029]在其他情况下，检测到的AC输出电压的变化可能是假阳性。例如，检测到的AC输出电压的变化可能不是孤岛效应条件，相反可能是由于包括例如电力线下垂(sag)(例如节电等)、失真等的电网动态条件和/或电网参数产生的。通过这种方式，基于检测到的AC输出电压的变化的一个实例来指示孤岛效应条件可能是不可靠的。
[0030]例如，图3示出了对AC输出电压的影响最小的扰动的AC输出电流的示例波形。这可能是因为电网110 (如果连接到负载112)向负载112提供足够的电力来抵消(由电流调节引起的)电力的暂时变化，使用多个逆变器来抵消电力的暂时变化等。
[0031]回来参照图1，为了验证检测到的AC输出电压的变化是孤岛效应条件，控制电路104至少再一次扰动AC输出电流并且然后再次检测AC输出电压。如果AC输出电压的后续变化大于限定值，则孤岛效应条件被验证。以这种方式，控制电路104验证AC输出电压的初始变化是孤岛效应条件。
[0032]另外，虽然本公开描述了一次验证检测到的AC输出电压的变化，但是应当理解，在不偏离本公开的范围的情况下，该验证可以进行不止一次。
[0033]在图1的示例中，控制电路104可以仅在AC输出电压的初始变化大于或等于初始变化前的AC输出电压的限定值(如上所述)时在后续时间扰动功率电路102的AC输出电流。例如，在扰动AC输出电流以后，AC输出电压从240VAC变化到220VAC。AC输出电压的该20VAC的变化大约是240VAC的8.3%，并且因而大于百分之四的限定值。因而，在该示例中，控制电路104将在后续时间扰动功率电路102的AC输出电流。
[0034]响应于验证孤岛效应条件(例如检测到AC输出电压的至少一个后续的变化)，控制电路104关闭功率电路102。功率电路102可以以任何合适的方式被关闭。例如，如图1所示，功率电路102可以包括一个或更多个功率开关118，并且控制电路104可以向功率开关118提供具有占空周期的信号。控制电路104可以通过将占空周期设定为零来关闭功率电路 102。
[0035]AC输出电流的扰动和AC输出电压的变化的后续检测可以被称作阻抗测量。
[0036]控制电路104可以通过减少AC输出电流或增加AC输出电流来扰动AC输出电流。例如通过改变控制电路102内的电流基准，其接着改变AC输出电流，可以实现扰动。AC输出电流的扰动可以持续任何期望的时间。例如，该扰动可能持续大约一个AC周期、小于一个AC周期或者大于一个AC周期的间隔。
[0037]AC输出电流的扰动可能引起AC输出电压的相似变化。在不关闭功率电路102的情况下AC输出电压的变化被控制电路104检测到。在一些示例实施方式中，当AC输出电流被扰动时，可以在大约一个AC周期内检测到AC输出电压的变化，包括当AC输出电流被扰动时，小于一个AC周期、精确的一个AC周期或者大于一个AC周期。出于这个目的，可以在扰动之后的AC输出电压周期期间的特定时刻(诸如负峰值、正峰值等)对AC输出电压进行采样，或者替换地，在扰动之后的AC输出电压周期期间对AC输出电压进行多次采样并且对样本取平均。无论采用什么方法，可以将AC输出电压的变化与扰动前的AC输出电压值进行比较以检测AC输出电压的变化。
[0038]为了检测变化，可以在AC输出电流扰动的整个期间内对AC输出电压进行感测、测量等，或者在该期间内对AC输出电压进行一次或更多次感测、测量等。另外，可以通过使用任何合适的度量，诸如峰值电压、平均电压、均方根(rms)等，对AC输出电压进行感测、测量
坐寸ο
[0039]例如，控制电路104可以对扰动AC输出电流之前的AC输出电压进行感测、测量等并且然后在AC输出电流扰动期间对AC输出电压进行感测、测量等。然后控制电路104可以比较这两个值来检测AC输出电压的变化。
[0040]在图1的示例中，功率电路102可以经由继电器114耦接到负载112。在一些实施方式中，响应于AC输出电压的后续变化，控制电路104可以断开继电器114。以这种方式，一旦孤岛效应条件被验证，则可以将功率电路102从负载112断开。替选地，继电器114可以响应于关闭功率电路102 (如上所述)而断开。例如，在功率电路102关闭后，AC输出电力开始减少。在AC电力的一个或更多个参数(例如电压幅度、频率等)落在操作的限定范围以外后，继电器114可以断开。这样，可以将功率电路102从负载112断开。
[0041]继电器114可以是任何合适的继电器，包括例如电磁继电器等。另外，虽然图1示出了继电器114与功率电路102分离，但是继电器也可以在功率电路102内部。
[0042]另外，在图1的示例中，DC电源120可以包括例如分布式发电(DG)源或者任何其他合适的DC电源。DG源可以包括一个或更多个分布的能量源，包括例如太阳能电源、风能电源等。
[0043]另外，在图1的示例中，逆变器100经由继电器114电耦接到AC电网110。以这种方式，当继电器114被接通时，图1的逆变器100是并网逆变器。
[0044]如图1所示，功率电路102的输出端108经由继电器114耦接到负载112(例如写字楼、住宅等)。以这种方式，负载112可以从AC电网110和/或功率电路102接收AC电力。虽然图1的示例中示出了一个负载112，但是不止一个负载可以耦接到功率电路102和/或电网110。另外，虽然图1示出了输出端108耦接到继电器114的输入侧，但是输出端108可以在继电器114的输出侧耦接(例如耦接在负载112和功率电路102的感测参数116之间)。
[0045]如图1的示例中所示，控制电路104可以感测功率电路102的参数116来控制功率电路102、继电器114、其他电力转换组件(未示出)等。另外，感测的参数116可以协助检测AC输出电压的变化，如上所述AC输出电压的变化可以指示孤岛效应条件。例如，参数116可以是输出电压、输出电流等。虽然图1的示例中仅示出一个感测的参数，但是如果需要可以感测多个参数。另外，虽然示出的参数116是从功率电路102的输出感测的，但是可以从任何合适的位置感测参数116和/或另外的参数。
[0046]图4示出了并网逆变器200的示例，并网逆变器200包括功率电路和继电器(共同称为功率电路202)，以及耦接到功率电路202的控制电路204。功率电路202的输出耦接到AC电网210 (经由开关装置SW)和负载212。虽然图4的示例示出了负载212作为包括电阻器、电感器和电容器(RLC)的负载，但是任何合适的负载可以被耦接到功率电路202。
[0047]虽然图4的示例将继电器和功率电路示为一个模块，但是本领域技术人员应当清楚，在不偏离本公开的范围的情况下，继电器和功率电路可以是分离的模块。
[0048]在图4的示例中，控制电路204可以使用有源方法(例如上述阻抗测量等)和/或无源方法来检测可能的孤岛效应条件。优选地，同时(但独立地)使用这两种方法来检测可能的孤岛效应条件。例如，在不平衡负载条件期间，无源方法可以比有源方法更快地检测到可能的孤岛效应条件。但是，在平衡负载条件期间，可以使用有源方法来检测可能的孤岛效应条件。
[0049]控制电路204可以采用与上述控制电路104相同的特性。例如，控制电路204感测AC输出电压Vac并且存储表示感测的AC输出电压Vac的值。控制电路204然后通过例如改变控制电路202的电流基准(例如图4的DC基准Iref)来扰动AC输出电流Ιο。
[0050]AC输出电流1可以被调整到任何合适的水平。在一些实施方式中，AC输出电流1可以减少约百分之十二( 12%)。在一些实施方式中，可以选择AC输出电流1的调整值来获得AC输出电压的期望的变化。另外，AC输出电流的调整值可以根据逆变器200的实现和功率而改变。
[0051]当AC输出电流1被扰动时，可以再次感测AC输出电压Vac。例如，可以在AC输出电流1被扰动后的任何点感测该AC输出电压Vac。优选地，当AC输出电流1被扰动时在一个AC周期内感测AC输出电压Vac。控制电路204可以存储表示该感测的AC输出电压Vac的另一值。
[0052]可以比较两个感测的AC输出电压来确定AC输出电压Vac的变化。当AC输出电压Vac的该变化超过限定值时，可能存在孤岛效应条件(如上所述)。
[0053]如果AC输出电压Vac指示孤岛效应条件，则控制电路204可以暂时标记并存储该条件。例如，控制电路204可以在每次出现孤岛效应条件时使计数器(图2未示出)递增值I。替选地，如果AC输出电压Vac的变化不超过限定值，则计数器可以清零。
[0054]控制电路204然后通过再次扰动AC输出电流1并且检测AC输出电压Vac的另一个变化来验证检测到的AC输出电压Vac的变化是孤岛效应条件的指示。如果AC输出电压Vac的后续变化大于限定值，则孤岛效应条件被验证。
[0055]如果AC输出电压的后续变化大于限定值，则控制电路204可以标记该条件并且向电网210的监控和报告系统发送合适的通信。另外，控制电路204可以关闭功率电路，如同上述参照图1所述的那样。在关闭功率电路202以后，继电器可以断开以将功率电路202从负载212断开。
[0056]在每次AC输出电流1扰动后，控制电路204可以通过改变DC电流基准Iref将AC输出电流1调整回初始的AC输出电流1水平。另外，可以将在相反方向上表示扰动电流的幅度的电流变化量(delta)添加到DC电流基准Iref。电流变化量可以平衡功率电路202的大容量电容器(未示出)的能量。但是，如果开关SW被接通，则该电流变化量可以向电网210提供动态电流。替选地，在一些实施方式中，因为AC输出电流1可以在数个AC周期之后平衡大容量电容器内的能量，所以可以不添加电流变化量。
[0057]控制电路204可以票决的方式检测AC输出电压Vac的变化。例如，控制电路204可以在一个或更多个AC周期内完成检测指示孤岛效应条件的AC输出电压Vac的变化的例程(例如检测例程)以及检测AC输出电压的后续变化的例程(例如验证例程)。
[0058]每个检测例程和/或每个验证例程可以在AC周期的过零点处开始。例如，AC输出电流1可以在AC输出电流1的过零点处被扰动(例如通过改变DC电流基准Iref )。这可以与在每个AC周期的过零点被更新的逆变器200的DC基准Iref —致，以减少逆变器200的电流失真。因而，当AC输出电流1通过DC基准Iref被扰动时，得到的AC输出电流1的变化将持续一个AC周期。另外，得到的AC输出电压的变化(如果存在)将在该一个AC周期内与扰动的AC输出电流同步。因此，对AC输出电压的该变化的检测可以在AC输出电流1被扰动的同一过零点处开始。
[0059]另外，每个检测例程的间隔可以是任何期望的间隔。优选地，限定该检测例程间隔，使得该例程对功率电路202 (例如最大功率点跟踪(MPPT)效率等)和/或逆变器200的影响极少或没有。
[0060]例如，可以将检测例程间隔设定为小于安全机构所需的时间(例如IEEE限定的两秒)的时间。在一些实施方式中，可以将检测例程间隔设定为安全机构所需的时间的四分之一(1/4)、安全机构所需的时间的二分之一(1/2)等。这将确保可以在最小的安全机构所需的时间内执行检测例程间隔。优选地，检测例程间隔大约是一秒或者更小，以限制扰动对功率电路202和/或逆变器200的其他功能的影响。
[0061]替选地，可以通过按照期望的孤岛效应检测(包括验证)次数来划分期望的跳闸时间(trip time)(例如安全机构所需的时间)来设定检测例程间隔。例如，期望的孤岛效应检测次数可以是二(如上参照图1所述)、三、四等。
[0062]在其他实施方式中，检测例程间隔可以是特定数目的周期、半周期(例如100个半周期等)等。例如，在60Hz下，在两秒的安全机构所需的时间内有大约119个周期。因而，每个检测例程间隔的特定数目的周期可以是被期望的孤岛效应检测划分的大约119个周期(如上所述)。[0063]验证例程的间隔(例如后续扰动AC输出电流1和检测AC输出电压Vac的变化)可能是与检测例程间隔相同的间隔。替选地，该间隔可以更短或更长。例如，该间隔可以被设定为6个半周期、8个半周期、10个半周期等。
[0064]图5示出了包括如上所述的检测例程和验证例程的一个示例例程。在电网电压的过零点处在每个第η个半周期执行图5的示例例程。该示例例程可以被编码到指令中并且被这里公开的控制电路执行。在图5中，AV_OV_Crossing对应于电网电压的过零点；icount对应于用于确保每个第η个半周期执行示例例程的计数器的状态;ACV对应于交流电压；kIMULT对应于从反孤岛控制输出的电流；以及kVRAT1对应于变压器的初级侧电压和次级侧电压之间的比。
[0065]回来参照图4的示例，控制电路204接收表示感测的AC输出电压Vac、AC输出电流1和输入电压Vin的模拟信号。如上面更进一步解释的，可以以任何合适的方式对AC输出电压Vac、AC输出电流1和输入电压Vin进行感测、测量等。优选地，使用AC电压波形和AC电流波形的不止一个点的平均值来分别测量AC输出电压Vac和AC输出电流Ιο。可以通过模拟-数字转换器(ADC) 206来对每个信号进行采样。然后可以通过软件操纵数字化的信号。
[0066]如图4所示，变压器216耦接在控制电路204和电网210之间以提供控制电路204和电网210之间的隔离。变压器216可以是任何合适的变压器，包括例如低频变压器。虽然图4中没有示出，但是在变压器216和控制电路204之间可以耦接整流器。整流器可以减少由于来自功率电路202的一个或更多个二极管(未示出)的DC偏置引起的电压偏移。在一些优选的实施方式中，整流器可以包括精密整流器(例如耦合为半波整流器的运算放大器和二极管)来使该偏移最小。
[0067]在图4的示例中，控制电路204还包括反孤岛效应控制226。反孤岛效应控制226控制如上所述的对AC输出电流1的扰动和对AC输出电压Vac的变化的检测。另外，反孤岛效应控制226生成输出kMult。
[0068]控制电路204可以使功率电路202的输出与电网210同步。该同步部分地使用锁相环(PLL)控制224来获得。PLL控制224生成与电网210同步的正弦输出B。如下文进一步描述的，该正弦输出B可以用于生成与期望的负载成比例的正弦电流基准C。PLL控制224可以是例如软件PLL、DQ PLL等。另外，PLL控制224还可以设定在控制电路204内使用的频率。例如，该频率可以是PLL控制224完成一个AC周期的时间的倒数。
[0069]另外，控制电路204可以以各种方式控制功率电路202的输出。在图4的示例中，控制电路204包括负载控制208 (耦接到ADC206)。负载控制208通过输入电压调节控制来控制功率电路202。替选地，控制电路204可以在MPPT负载控制中操作。
[0070]如图4的示例中所示，负载控制208生成DC基准Iref。负载控制208可以根据需要更新DC基准Iref (并且因此如上所述更新AC输出电流Ιο)。例如，负载控制208可以与去往开关装置(例如功率电路202的开关装置214)的脉宽调制(PWM)信号、该PWM信号的倍数等一样快地更新DC基准Iref。在其他的实施方式中，负载控制208可以以PWM信号的频率为模更新DC基准Iref。替选地，假定大容量电容器(图4未示出)足够大到保存充足的能量，则可以以较慢的速率更新DC基准Iref，包括每半个AC周期、单个AC周期、多个AC周期等。[0071 ] 在一些优选实施方式中并且如上文所述，负载控制208可以在AC过零点处更新DC基准Iref，因此不会引入不必要的动力学因素。另外，为了改善谐波，可以使用单个AC周期更新来平衡半周期电流。
[0072]如图4所示，控制电路204还包括与ADC206耦接的监督控制218。监督控制218接收来自PLL控制224、反孤岛效应控制226和ADC206的信号。监督控制218向数字脉宽调制(DPWM)控制222提供信号以禁用一个或更多个PWM信号，用来关闭功率电路202 (如上所述)。监督控制218还可以提供信号以断开/接通继电器，使得功率电路202可以从负载212断开或连接到负载212。另外，监督控制218可以提供欠压保护、过压保护、欠频保护、过频保护等。
[0073]在图4的示例中，负载控制208的DC基准Iref和反孤岛效应控制226的输出kMult相乘以生成输出A。然后输出A和PLL控制224的正弦输出B相乘以生成正弦电流基准C。然后将该正弦电流基准C与感测的AC输出电流1进行比较来生成被应用于比例积分(PI)补偿器220的输出D。PI补偿器220向DPWM控制222提供输出信号。DPWM控制222向功率电路202的一个或更多个开关装置(例如开关装置214)提供一个或更多个PWM信号。以这种方式，控制电路204提供功率电路202的闭环、平均模式电流控制。
[0074]测试已表明，这里公开的控制电路提供了安全机构所需的时间内的孤岛效应条件检测和验证。例如，图6A和6B示出了来自具有-5% (图6A)和+5% (图6B)的不平衡的无功电感器和电容器功率的100%负载下的3.5kff逆变器的AC输出电流的示例波形。AC输出电流被提供给RLC负载。如图6A、6B所示，点A指示AC电网从RLC负载断开的情况，并且点B指示3.5kff逆变器从RLC负载断开的情况。
[0075]如图6A所示，通过扰动AC输出电流(通常由附图标记600指示)开始检测孤岛效应条件的有源方法。但是，因为无源方法在不平衡负载下检测孤岛效应条件更快，所以首先通过频移的无源方法检测孤岛效应条件。如图6A和6B所示，在96毫秒和90.8毫秒分别检测孤岛效应条件。
[0076]类似地，图7A和7B图示了来自具有和_5% (图7A)和+5% (图7B)的不平衡的无功电感器和电容器功率的100%负载下的5Kw逆变器的AC输出电流的示例波形。如图7A和7B所示，点A指示AC电网从RLC负载断开的情况，并且点B指示5kW逆变器从RLC负载断开的情况。通过频移的无源方法检测孤岛效应条件(与图6A、6B相似)。如图7A和7B所示，在79.2毫秒和102毫秒分别检测孤岛效应条件。
[0077]在一些情况下，可能出现使得检测不到孤岛效应条件的环境。这些环境可以包括例如逆变器耦接到平衡负载而控制逆变器的控制电路使用无源模式来检测可能的孤岛效应条件。当诸如这种环境的情况出现时，控制电路可以使用这里公开的示例实施方式来可靠地检测并验证孤岛效应条件。
[0078]例如，图8A、8B和8C示出了来自分别具有33%、66%和100%的平衡的负载的3.5kff逆变器的AC输出电流的示例波形800A、800B和800C。如图8A、8B和8C所示，点A指示AC电网从RLC负载断开的情况，并且点B指示3.5kff逆变器从RLC负载断开的情况。
[0079]如上所述，控制3.5kff逆变器的控制电路扰动AC输出电流并且检测AC输出电压的变化。如图8A、8B和8C所示，附图标记804A、804B、804C通常表示AC输出电流被扰动的情况。另外，如图8A、8B和8C所示，在1.20秒、988毫秒和1.04秒分别检测孤岛效应条件。[0080]类似地，图9A、9B和9C示出了来自分别具有33%负载、66%负载和100%负载的平衡负载的5kW逆变器的AC输出电流的示例波形900A、900B和900C。如图8A、8B和8C所示，点A指示AC电网从RLC负载断开的情况，并且点B指示3.5kff逆变器从RLC负载断开的情况。另外，附图标记904A、904B、904C通常表示AC输出电流被扰动的情况。如图9A、9B和9C所示，在1.46秒、1.60秒和1.54秒分别检测孤岛效应条件。
[0081]这里描述的功率电路可以是能够将DC电力转换为AC电力的任何合适的逆变器。例如，功率电路可以是太阳能逆变器、微逆变器等。另外，如果需要，逆变器可以耦接到其他电力转换组件(例如DC-DC转换器等)。
[0082]这里公开的控制电路可以包括模拟控制电路、数字控制电路(例如数字信号控制器(DSC)、数字信号处理器(DSP)等)或者混合控制电路(例如数字控制单元和模拟电路)以实现这里公开的示例例程和/或控制这里公开的逆变器。
[0083]控制电路可以以极小的成本或没有额外成本地提供可靠的孤岛效应检测和验证系统，同时提供相对容易的实现方案。测试已表明，在没有孤岛效应条件下，没有观察到由于孤岛效应检测和验证系统引起的逆变器跳闸、关闭等的实例。另外，通过使用控制电路来检测和验证孤岛效应条件，对系统内的总谐波失真(THD )、谐波、功率因数(PF)、MPPT等的影响极小或没有。
[0084]根据上述可知，本发明的实施例包括但不限于以下技术方案:
[0085]方案1.一种并网逆变器，包括:
[0086]功率电路，具有用于耦接到直流DC电源的输入端和用于耦接到交流AC电网的输出端；以及
[0087]控制电路，耦接到所述功率电路，所述控制电路被配置成，在不关闭所述功率电路的情况下，第一次扰动所述功率电路的AC输出电流并检测所述功率电路的AC输出电压的第一变化，第二次扰动所述功率电路的所述AC输出电流并且检测所述功率电路的所述AC输出电压的第二变化，并且响应于至少检测到所述AC输出电压的所述第一变化和所述AC输出电压的所述第二变化而关闭所述功率电路。
[0088]方案2.根据方案I所述的并网逆变器，其中，所述功率电路包括至少一个功率开关，其中所述控制电路被配置成向所述至少一个功率开关提供具有占空周期的信号，并且其中所述控制电路被配置成通过将所述占空周期设定为零来关闭所述功率电路。
[0089]方案3.根据方案I所述的并网逆变器，其中，所述控制电路被配置成当所述AC输出电流被第一次扰动时在大约一个AC周期内检测所述AC输出电压的所述第一变化。
[0090]方案4.根据方案I所述的并网逆变器，其中，所述控制电路被配置成在所述AC输出电流的过零点处扰动所述AC输出电流。
[0091]方案5.根据方案I所述的并网逆变器，其中，所述控制电路被配置成在第一间隔内第一次扰动所述AC输出电流并检测所述AC输出电压的所述第一变化，其中所述控制电路被配置成在第二间隔内第二次扰动所述AC输出电流并检测所述AC输出电压的所述第二变化，并且其中所述第二间隔比所述第一间隔短。
[0092]方案6.根据方案I至5中任一项所述的并网逆变器，其中，所述控制电路被配置成仅当所述AC输出电压的所述第一变化大于或等于所述第一变化之前的所述AC输出电压的大约百分之四时才第二次扰动所述AC输出电流。[0093]方案7.—种控制包括功率电路的并网逆变器的方法，所述方法包括:
[0094]在不关闭所述功率电路的情况下，
[0095]第一次扰动所述功率电路的交流AC输出电流，
[0096]检测所述功率电路的AC输出电压的第一变化，
[0097]第二次扰动所述功率电路的所述AC输出电流，
[0098]检测所述功率电路的所述AC输出电压的第二变化，以及
[0099]响应于至少检测到所述AC输出电压的所述第一变化和所述AC输出电压的所述第二变化而关闭所述功率电路。
[0100]方案8.根据方案7所述的方法，其中，所述功率电路包括至少一个功率开关，并且其中关闭所述功率电路包括将去往所述至少一个功率开关的信号的占空周期设定为零。
[0101]方案9.根据方案7所述的方法，还包括:响应于关闭所述功率电路，将所述功率电路从负载断开。
[0102]方案10.根据方案7至9中任一项所述的方法，其中第二次扰动所述AC输出电流包括:仅当所述AC输出电压的所述第一变化大于或等于所述第一变化之前的所述AC输出电压的大约百分之四时才第二次扰动所述AC输出电流。
[0103]上述实施方式的描述是出于说明和描述的目的而提供的。其并非旨在是无遗漏的或限制本公开。即使没有具体示出或描述，特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适当的情况下，是可互换的并且可以用在所选的实施方式中。这些实施方式还可以以许多方式变形。这些变形不被视作偏离本公开，并且所有这些修改都应当包含在本公开的范围内。
【权利要求】
1.一种并网逆变器，包括: 功率电路，具有用于耦接到直流DC电源的输入端和用于耦接到交流AC电网的输出端；以及 控制电路，耦接到所述功率电路，所述控制电路被配置成，在不关闭所述功率电路的情况下，第一次扰动所述功率电路的AC输出电流并检测所述功率电路的AC输出电压的第一变化，第二次扰动所述功率电路的所述AC输出电流并且检测所述功率电路的所述AC输出电压的第二变化，并且响应于至少检测到所述AC输出电压的所述第一变化和所述AC输出电压的所述第二变化而关闭所述功率电路。
2.根据权利要求1所述的并网逆变器，其中，所述功率电路包括至少一个功率开关，其中所述控制电路被配置成向所述至少一个功率开关提供具有占空周期的信号，并且其中所述控制电路被配置成通过将所述占空周期设定为零来关闭所述功率电路。
3.根据权利要求1所述的并网逆变器，其中，所述控制电路被配置成当所述AC输出电流被第一次扰动时在大约一个AC周期内检测所述AC输出电压的所述第一变化。
4.根据权利要求1所述的并网逆变器，其中，所述控制电路被配置成在所述AC输出电流的过零点处扰动所述AC输出电流。
5.根据权利要求1所述的并网逆变器，其中，所述控制电路被配置成在第一间隔内第一次扰动所述AC输出电流并检测所述AC输出电压的所述第一变化，其中所述控制电路被配置成在第二间隔内第二次扰动所述AC输出电流并检测所述AC输出电压的所述第二变化，并且其中所述第二间隔比所述第一间隔短。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的并网逆变器，其中，所述控制电路被配置成仅当所述AC输出电压的所述第一变化大于或等于所述第一变化之前的所述AC输出电压的大约百分之四时才第二次扰动所述AC输出电流。
7.—种控制包括功率电路的并网逆变器的方法，所述方法包括: 在不关闭所述功率电路的情况下， 第一次扰动所述功率电路的交流AC输出电流， 检测所述功率电路的AC输出电压的第一变化， 第二次扰动所述功率电路的所述AC输出电流， 检测所述功率电路的所述AC输出电压的第二变化，以及 响应于至少检测到所述AC输出电压的所述第一变化和所述AC输出电压的所述第二变化而关闭所述功率电路。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述功率电路包括至少一个功率开关，并且其中关闭所述功率电路包括将去往所述至少一个功率开关的信号的占空周期设定为零。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括:响应于关闭所述功率电路，将所述功率电路从负载断开。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中第二次扰动所述AC输出电流包括:仅当所述AC输出电压的所述第一变化大于或等于所述第一变化之前的所述AC输出电压的大约百分之四时才第二次扰动所述AC输出电流。
【文档编号】H02M7/48GK104038086SQ201410074674
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2013年3月4日
【发明者】维贾伊·甘加达尔·帕德克, 扬西·丰塔尼拉·博卡托 申请人:雅达电子国际有限公司