防止五电平逆变器母线过电压的方法、装置和光伏系统的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种防止五电平逆变器母线过电压的方法、装置和光伏系统，其中该方法包括：获取五电平逆变器的母线电压；判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压；当所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式，直至所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压，以防止五电平逆变器母线电压过高。
【专利说明】防止五电平逆变器母线过电压的方法、装置和光伏系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏发电【技术领域】，更具体地说，涉及一种防止五电平逆变器母线过电压的方法、装置和光伏系统。
【背景技术】
[0002]图1所示五电平逆变器10的直流侧接光伏阵列20，用以接收PV输入电压，所述PV输入电压跨接在电容Cl的正极和电容C2的负极，C1、C2相对母线中点的电压分别为VlPos和-VlNeg ;同时所述PV输入电压还经五电平逆变器10前级的两路Boost电路升压后跨接在母线电容C3的正极和母线电容C4的负极，C3、C4相对母线中点的电压分别为V2Pos和-V2Neg。五电平逆变器10的网侧输出经滤波器30滤波、变压器40升压后送入电网，在不同的开关管开通状态组合下，五电平逆变器10交替输出+VlPos、-VlNeg、+V2Pos、_V2Neg电平以及母线中点对应的零电平。
[0003]但是，当因电网故障导致PV输入能量无法及时到达电网时，堆积的能量会通过母线电容C3和母线电容C4储存下来，致使五电平逆变器10的母线电压过高，进而造成逆变器故障停机甚至模块过压炸毁。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种防止五电平逆变器母线过电压的方法、装置和光伏系统，以防止五电平逆变器母线电压过高。
[0005]一种防止五电平逆变器母线过电压的方法，包括:
[0006]获取五电平逆变器的母线电压；
[0007]判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压；
[0008]当所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式，直至所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压。
[0009]可选地，当所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压时，所述方法还包括:
[0010]控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
[0011]一种防止五电平逆变器母线过电压的装置，包括:
[0012]获取单元，用于获取五电平逆变器的母线电压；
[0013]判断单元，用于判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压；
[0014]以及第一处理单元，用于在判断得到所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式，直至所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压。
[0015]可选地，所述装置还包括:第二处理单元，用于在判断得到所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压时，控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
[0016]一种光伏系统，包括光伏阵列、两路Boost电路、五电平逆变器、滤波器和变压器，其中，所述五电平逆变器的直流侧接所述光伏阵列，同时通过所述两路Boost电路间接与所述光伏阵列相连，其网侧经所述滤波器和所述变压器与电网相连，此外:
[0017]所述光伏系统还包括分别与所述两路Boost电路和所述五电平逆变器相连的控制器，用于获取所述五电平逆变器的母线电压，判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压，以及当所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制所述两路Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接所述光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式，直至所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压。
[0018]可选地，所述控制器还用于在所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压时，控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏能量输入与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
[0019]其中，所述滤波器为LCL型滤波器。
[0020]其中，所述滤波器为LC型滤波器。
[0021]其中，所述LC型滤波器具有N个相互并联的滤波电容支路，其中2 < N ;
[0022]所述LC型滤波器还包括:串联在M个所述相互并联的滤波电容支路中的每一个滤波电容上的阻尼电阻，其中I彡M彡N-1。
[0023]可选地，所述LC型滤波器还包括:并联在每一个所述阻尼电阻上的旁路电感。
[0024]从上述的技术方案可以看出，本发明在检测到五电平逆变器母线电压高于母线上的最大允许电压时，控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式。由于PV输入能量此时已被完全断开，因而避免了母线电压继续升高，贮存在母线电容上的能量也逐渐输送到电网上，从而使母线电压逐渐降低，直至恢复至正常值。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为现有技术公开的一种光伏系统结构不意图；
[0027]图2为本发明实施例公开的一种防止五电平逆变器母线过电压的方法流程图；
[0028]图3为本发明实施例公开的又一种防止五电平逆变器母线过电压的方法流程图；
[0029]图4为本发明实施例公开的一种防止五电平逆变器母线过电压的装置结构示意图；
[0030]图5为本发明实施例公开的一种光伏系统结构不意图；
[0031]图6为本发明实施例公开的一种LC型滤波器结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]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。
[0033]参见图2，本发明实施例公开了一种防止五电平逆变器母线过电压的方法，以防止五电平逆变器母线电压过高，包括:
[0034]步骤201:获取五电平逆变器的母线电压；
[0035]步骤202:判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压；当所述母线电压高于所述最大允许电压时，进入步骤203，否则返回步骤201 ;
[0036]步骤203:控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式；
[0037]步骤204:获取并判断所述五电平逆变器的母线电压是否不高于所述最大允许电压时，若是，本次控制结束，否则返回步骤203。
[0038]仍参见图1，正常情况下，五电平逆变器10工作在五电平工作模式，即五电平逆变器10在不同的开关管开通状态组合下交替输出+VIPos、_VlNeg、0、+V2Pos和_V2Neg五个电平。当连接网侧与光伏阵列20的正PV输入电压的开关管(或开关管组合)SlPos导通时，对应输出电平+VlPos ;当连接网侧与光伏阵列20的负PV输入电压的开关管(或开关管组合)SlNeg导通时，对应输出电平-VlNeg;当连接网侧与母线中点的开关管(或开关管组合)SO导通时，对应输出电平O ;当连接网侧与第一路Boost电路50的开关管(或开关管组合)S2Pos导通时，对应输出+V2Pos ;当连接网侧与第二路Boost电路60的开关管(或开关管组合)S2Neg导通时，对应输出-V2Neg。
[0039]五电平逆变器10的母线电压等于母线电容C3与母线电容C4上的电压之和，大小为 V2Pos+V2Neg。当电网发生 LVRT (Low voltage ride through，低电压穿越)、ZVRT (ZeroVoltage Ride Through，零电压穿越)或 HVRT (High Voltage Ride Through，高电压穿越)等故障时，为避免PV输入能量在母线上堆积，本实施例采取了如下措施:
[0040]控制第一路Boost电路50和第二路Boost电路60停机，并将连接光伏阵列20与网侧的开关管SIPos、SlNeg关断，由于PV输入能量此时已被完全断开，因而避免了母线电压继续升高；之后控制S2Pos、S2Neg、SO轮流导通，将五电平逆变器10由五电平工作模式切换为三电平工作模式，此时贮存在母线电容C3与母线电容C4上的能量会逐渐输送到电网上，从而使母线电压逐渐降低，直至恢复至正常值，以提高五电平逆变器运行的可靠性。
[0041]作为优选，参见图3，本发明实施例公开了又一种防止五电平逆变器母线过电压的方法，包括:
[0042]步骤201:获取五电平逆变器的母线电压；
[0043]步骤202:判断所述母线电压是否高于五电平逆变器母线上的最大允许电压；若是，进入步骤203，否则返回步骤201 ;
[0044]步骤203:控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式；
[0045]步骤204:获取并判断所述五电平逆变器的母线电压是否不高于所述最大允许电压时，若是，进入步骤205，否则返回步骤203 ;
[0046]步骤205:控制光伏系统恢复初始运行状态，即:控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
[0047]相较于上一实施例，本实施例能够在检测到母线电压恢复至正常值时，控制光伏系统自动切换为初始运行状态，提高了防止五电平逆变器母线过电压方案的自动化程度，有效降低了人员工作强度。
[0048]此外需要说明的是，本申请所述的防止五电平逆变器母线过电压的方法，还可拓展应用到多电平逆变器领域，如七电平逆变器、九电平逆变器等。其原理类似，均是断开逆变器直流侧的PV输入能量输入，降低电平工作模式，从而达到降低母线电压的需要，实现多电平逆变器的母线过压保护。
[0049]参见图4，本发明实施例还公开了一种防止五电平逆变器母线过电压的装置，包括:
[0050]获取单元41，用于获取五电平逆变器的母线电压；
[0051]判断单元42，用于判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压；
[0052]以及第一处理单元43，用于在判断得到所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式，直至所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压。
[0053]作为优选，仍参见图4，所述装置还包括:
[0054]第二处理单元44，用于在判断得到所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压时，控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
[0055]参见图5，本发明实施例公开了一种光伏系统，包括五电平逆变器10、光伏阵列20、滤波器30、变压器40、两路Boost电路50和控制器60，其中:
[0056]五电平逆变器10的直流侧接光伏阵列20，同时通过两路Boost电路50间接与光伏阵列10相连，其网侧经滤波器30和变压器40与电网相连；
[0057]控制器60分别与两路Boost电路50和五电平逆变器10相连，用于获取五电平逆变器10的母线电压，判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压，以及当所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制五电平逆变器10的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列20与网侧的开关管，并控制五电平逆变器10工作在三电平工作模式，直至五电平逆变器10的母线电压不高于所述最大允许电压。
[0058]作为优选，控制器60还用于在所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压时，控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏能量输入与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
[0059]其中，滤波器30优选图5所示的LC型滤波器，包括桥臂电抗器L和滤波电容C。对于采用脉宽调制技术的五电平逆变器10来说，其输出波形中必然含有与载波有关的谐波分量，进而引起谐波污染，因此有必要在五电平逆变器10的输出侧增设滤波器30以滤除这部分谐波分量。其中，滤波电容C可以采用星形连接，也可以采用三角形连接来构成所述LC型滤波器的滤波电容电路，图5仅以三角形接法作为示例。
[0060]作为优选，参见图6，所述LC型滤波器具有N个相互并联的滤波电容支路，其中2 SN ;所述LC型滤波器还包括:串联在M个所述相互并联的滤波电容支路中的每一个滤波电容上的阻尼电阻Rd，其中I SMSN-1。如:将图5中由滤波电容C构成的滤波电容电路等效为图6所示的两条滤波电容支路，包括由滤波电容Cfl构成的第一滤波电容支路，以及由滤波电容Cf2构成的第二滤波电容支路。
[0061]所述LC型滤波器的任一条滤波电容支路可以采用星形连接，也可以采用三角形连接，其中存在阻尼电阻Rd的滤波电容支路能够对差模谐振起到阻尼作用。本实施例通过将所述LC型滤波器的滤波电容电路等效为多个相并联的滤波电容支路，并仅在其中的部分支路上串联阻尼电阻Rd，从而降低了降低滤波电容电路在高频段的阻抗，有助于改善所述LC型滤波器的滤波效果。此外，当存在阻尼电阻Rd的滤波电容支路采用星形连接时，通过将星形中点与母线电容中点相连，可使阻尼电阻Rd对共模谐振和差模谐振均起到阻尼作用。
[0062]作为优选，仍参见图6，所述LC型滤波器还包括:并联在每一个阻尼电阻&上的旁路电感Ld。旁路电感1^具有旁路流过阻尼电阻Rd±的低频电流的作用，以减小阻尼电阻Rd的损耗。
[0063]此外，滤波器30还可采用LCL滤波器，并不局限。
[0064]综上所述，本发明在检测到五电平逆变器母线电压高于母线上的最大允许电压时，控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式。由于PV输入能量此时已被完全断开，因而避免了母线电压继续升高，贮存在母线电容上的能量也逐渐输送到电网上，从而使母线电压逐渐降低，直至恢复至正常值。
[0065]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0066]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种防止五电平逆变器母线过电压的方法，其特征在于，包括: 获取五电平逆变器的母线电压； 判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压； 当所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式，直至所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压时，还包括: 控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
3.—种防止五电平逆变器母线过电压的装置，其特征在于，包括: 获取单元，用于获取五电平逆变器的母线电压； 判断单元，用于判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压； 以及第一处理单元，用于在判断得到所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制所述五电平逆变器的前级Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式，直至所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:第二处理单元，用于在判断得到所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压时，控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
5.一种光伏系统，包括光伏阵列、两路Boost电路、五电平逆变器、滤波器和变压器，其中，所述五电平逆变器的直流侧接所述光伏阵列，同时通过所述两路Boost电路间接与所述光伏阵列相连，其网侧经所述滤波器和所述变压器与电网相连，其特征在于: 所述光伏系统还包括分别与所述两路Boost电路和所述五电平逆变器相连的控制器，用于获取所述五电平逆变器的母线电压，判断所述母线电压是否高于母线上的最大允许电压，以及当所述母线电压高于所述最大允许电压时，控制所述两路Boost电路停机，关断所述五电平逆变器内连接所述光伏阵列与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在三电平工作模式，直至所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于在所述五电平逆变器的母线电压不高于所述最大允许电压时，控制所述前级Boost电路启动，接通所述连接光伏能量输入与网侧的开关管，并控制所述五电平逆变器工作在五电平工作模式。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述滤波器为LCL型滤波器。
8.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述滤波器为LC型滤波器。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述LC型滤波器具有N个相互并联的滤波电容支路，其中2 <N; 所述LC型滤波器还包括:串联在M个所述相互并联的滤波电容支路中的每一个滤波电容上的阻尼电阻，其中I彡MS N-1。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述LC型滤波器还包括:并联在每一个所述阻尼电阻上的旁路电感。
【文档编号】H02J3/38GK104467392SQ201410799352
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】丁杰, 陶磊, 邹海晏, 徐涛涛, 张 成 申请人:阳光电源股份有限公司